JP6723545B2 - Positive electrode active material for secondary battery, method for producing the same, and secondary battery including the same - Google Patents

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Description

本出願は、2016年3月4日付けの韓国特許出願第2016‐0026224号および2017年3月3日付けの韓国特許出願第2017‐0027879号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。 This application claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 2016-0026224 dated March 4, 2016 and Korean Patent Application No. 2017-0027879 dated March 3, 2017, and the relevant Korean patent All contents disclosed in the document of the application are incorporated as part of the present specification.

本発明は、電池の充放電特性を改善することができる二次電池用正極活物質、その製造方法およびこれを含む二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for a secondary battery, which can improve charge/discharge characteristics of the battery, a method for producing the same, and a secondary battery including the same.

モバイル機器に関する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。かかる二次電池のうち、高いエネルギー密度と電圧を有し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム二次電池が常用化し、広く使用されている。 The demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing with the technological development and the increase in demand for mobile devices. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate have been commercialized and widely used.

しかし、リチウム二次電池は、充放電を繰り返えすにつれて寿命が急速に減少する問題がある。特に、高温では、かかる問題がより深刻である。かかる理由は、電池内部の水分やその他の影響によって電解質が分解されたり活物質が劣化し、また電池の内部抵抗が増加することで生じる現象のためである。 However, the lithium secondary battery has a problem that its life is rapidly reduced as it is repeatedly charged and discharged. Especially at high temperatures, such problems are more serious. This is because the electrolyte is decomposed or the active material is deteriorated due to the moisture and other influences inside the battery, and the internal resistance of the battery is increased.

そのため、現在活発に研究開発されて使用されているリチウム二次電池用正極活物質は、層状構造のLiCoOである。LiCoOは、寿命特性および充放電効率に優れており、最も多く使用されているが、構造的な安定性が低くて電池の高容量化技術に適用されるには限界がある。 Therefore, the positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is currently actively researched and developed, is LiCoO 2 having a layered structure. LiCoO 2 is excellent in life characteristics and charging/discharging efficiency and is most often used, but its structural stability is low and its application to a battery capacity increasing technology is limited.

その代わりに使用するための正極活物質として、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、Li(NiCoMn)Oなどの様々なリチウム複合金属酸化物が開発された。このうち、LiNiOの場合、高い放電容量の電池特性を示す利点があるが、簡単な固相反応では合成が難しく、熱安定性およびサイクル特性が低いという問題がある。また、LiMnO、またはLiMnなどのリチウムマンガン系酸化物は、熱安定性に優れ、安価であるという利点があるが、容量が小さく、高温特性が低いという問題がある。特に、LiMnの場合、安価製品として一部商品化しているが、Mn3+による構造変形(Jahn‐Teller distortion)のため、寿命特性が良好でない。また、LiFePOは、安価で安全性に優れることから、現在、ハイブリッド自動車(hybrid electric vehicle、HEV)用として様々な研究が行われているが、低い伝導度のため他の分野への適用は難しい。 As a positive electrode active material for use in place of, LiNiO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiFePO 4, Li (Ni x Co y Mn z) various lithium composite metal oxides such as O 2 was developed .. Among them, LiNiO 2 has an advantage that it exhibits a battery characteristic of high discharge capacity, but it has a problem that it is difficult to synthesize by a simple solid-phase reaction, and thermal stability and cycle characteristics are low. Further, a lithium manganese-based oxide such as LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 has the advantages of excellent thermal stability and low cost, but has the problems of small capacity and low high-temperature characteristics. In particular, in the case of LiMn 2 O 4 , although it is partially commercialized as an inexpensive product, the life characteristics are not good due to structural deformation (Jahn-Teller distortion) due to Mn 3+ . In addition, since LiFePO 4 is inexpensive and excellent in safety, various studies are currently being carried out for hybrid electric vehicles (HEVs), but due to its low conductivity, it cannot be applied to other fields. difficult.

かかる事情により、LiCoOの代替正極活物質として最近最も脚光を浴びている物質は、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物、Li(NiCoMn)O(この際、前記x、y、zは、それぞれ独立した酸化物組成元素の原子分率であり、0<x≦1、0<y≦1、0<z≦1、0<x+y+z≦1である)である。この材料は、LiCoOよりも安価であり、高容量および高電圧に使用可能であるという利点があるが、レート特性(rate capability)および高温での寿命特性が良好でないという欠点がある。 Such circumstances, substances bathed most spotlight recently as an alternative cathode active material LiCoO 2 is of lithium nickel manganese cobalt oxide, Li (Ni x Co y Mn z) O 2 ( In this case, the x, y, z Are the atomic fractions of the respective oxide composition elements, which are 0<x≦1, 0<y≦1, 0<z≦1, and 0<x+y+z≦1. This material is cheaper than LiCoO 2 and has the advantage that it can be used for high capacity and high voltage, but has the disadvantage of poor rate capability and high temperature life characteristics.

したがって、リチウム複合金属酸化物内の組成の変化または結晶構造の制御によりリチウム二次電池の性能を向上させることができる正極活物質の製造方法が切実に求められている。 Therefore, there is an urgent need for a method for producing a positive electrode active material that can improve the performance of a lithium secondary battery by changing the composition of the lithium mixed metal oxide or controlling the crystal structure.

本発明が解決しようとする第1の課題は、前記のような問題を解決して、電池の充放電特性を改善することができる二次電池用正極活物質およびその製造方法を提供することである。 A first problem to be solved by the present invention is to provide a positive electrode active material for a secondary battery and a method for producing the same, which can solve the above problems and improve the charge/discharge characteristics of the battery. is there.

また、本発明が解決しようとする第2の課題は、前記正極活物質を含む正極、リチウム二次電池、電池モジュールおよび電池パックを提供することである。 A second problem to be solved by the present invention is to provide a positive electrode containing the positive electrode active material, a lithium secondary battery, a battery module and a battery pack.

前記課題を解決するために本発明の一実施形態によると、コアと、前記コアを囲んで位置するシェルと、前記コアとシェルとの間に位置し、前記コアとシェルを連結する三次元網目構造体および空隙を含む緩衝層とを含み、前記コア、シェルおよび緩衝層での三次元網目構造体は、それぞれ独立して、リチウム複合金属酸化物を含み、BET比表面積が0.2m/g〜0.5m/gであり、気孔度が30体積%以下であり、平均粒径(D50)が8μm〜15μmである二次電池用正極活物質が提供される。 According to an embodiment of the present invention to solve the above problems, a core, a shell surrounding the core, and a three-dimensional mesh located between the core and the shell and connecting the core and the shell. The core, the shell, and the three-dimensional network structure in the buffer layer each independently include a lithium composite metal oxide and have a BET specific surface area of 0.2 m 2 / g~0.5m a 2 / g, porosity is 30 vol%, the positive electrode active material for a secondary battery an average particle size (D 50) is 8μm~15μm is provided.

また、本発明の他の一実施形態によると、ニッケル原料物質、コバルト原料物質およびM1原料物質(この際、M1は、AlおよびMnからなる群から選択される少なくともいずれか一つの元素)を含む金属原料物質の混合物に、アンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を添加し、pH11〜pH13で共沈反応させて、金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成された反応溶液を準備するステップと、前記反応溶液にアンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を前記反応溶液のpHが8以上11未満になるまで添加し、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を成長させるステップと、前記成長した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子をリチウム原料物質およびM3原料物質(この際、M3は、W、Mo及びCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素)と混合した後、熱処理するステップとを含む、上述の二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。 In addition, according to another embodiment of the present invention, the nickel source material, the cobalt source material and the M1 source material (wherein M1 is at least one element selected from the group consisting of Al and Mn). An ammonium cation-containing complex forming agent and a basic compound are added to a mixture of metal source materials, and a coprecipitation reaction is performed at pH 11 to pH 13 to prepare a reaction solution in which a seed of a metal-containing hydroxide or oxyhydroxide is formed. In the preparing step, an ammonium cation-containing complex forming agent and a basic compound are added to the reaction solution until the pH of the reaction solution becomes 8 or more and less than 11, and the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles are added. And a step of growing the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles thus grown, wherein the lithium source material and the M3 source material (wherein M3 is selected from the group consisting of W, Mo and Cr). One or two or more elements) and then heat-treating the mixture are provided.

本発明のさらに他の一実施形態によると、上述の正極活物質を含む二次電池用正極、リチウム二次電池、電池モジュールおよび電池パックが提供される。 According to still another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode for a secondary battery, a lithium secondary battery, a battery module, and a battery pack that include the above-described positive electrode active material.

その他、本発明における実施形態の具体的な事項は、以下の詳細な説明に組み込まれている。 In addition, specific details of the embodiments of the present invention are incorporated in the following detailed description.

本発明に係る二次電池用正極活物質は、コア‐シェル構造を有する粒子でのコアとシェルとの間に前記コアおよびシェルと連結された網目構造のリチウム複合金属酸化物の緩衝層がさらに形成された特異的な構造を有し、且つ活物質粒子の比表面積と平均粒径および気孔度がともに制御されることで、電極の製造時に圧延工程による活物質の破壊が最小化し、電解液との反応性が極大化し、また、シェルを形成する粒子がリチウムイオンの挿入および脱離が容易な配向の結晶構造を有することで、二次電池の出力特性および寿命特性を向上させることができる。これにより、本発明に係る正極活物質は、自動車用電池または電動工具用電池などのように、高容量、高寿命および熱安定性を要する電池、特に自動車用電池のように高電圧時に性能劣化の最小化を要する電池での正極活物質として有用である。 The secondary battery positive electrode active material according to the present invention further comprises a network-structured lithium composite metal oxide buffer layer connected between the core and the shell in the particles having the core-shell structure. By having a specific structure formed and controlling both the specific surface area and the average particle size of the active material particles and the porosity, the destruction of the active material due to the rolling process during the production of the electrode is minimized, and the electrolyte solution The reactivity with the compound is maximized, and the particles forming the shell have a crystal structure with an orientation that facilitates insertion and desorption of lithium ions, so that the output characteristics and life characteristics of the secondary battery can be improved. .. As a result, the positive electrode active material according to the present invention is a battery that requires high capacity, long life and thermal stability, such as a battery for an automobile or a battery for an electric tool, and particularly, a performance deterioration at a high voltage such as a battery for an automobile. It is useful as a positive electrode active material in batteries that require minimization of

本明細書に添付されている以下の図面は、本発明の好ましい実施例を例示するものであり、上述の発明の内容とともに本発明の技術思想をより容易に理解させる役割をするものであって、本発明は、かかる図面に記載の事項にのみ限定して解釈してはならない。 The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention and serve to more easily understand the technical idea of the present invention together with the contents of the above-mentioned invention. The present invention should not be construed as being limited to the matters described in the drawings.

本発明の一実施形態に係る二次電池用正極活物質を概略的に示した断面構造図である。1 is a cross-sectional structural view schematically showing a positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention. 実施例1で製造した正極活物質を電界放射型走査電子顕微鏡(field emission scanning electron microscopy、FE‐SEM)で観察した写真である(観察倍率=30000倍)。1 is a photograph of the positive electrode active material manufactured in Example 1 observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) (observation magnification=30000 times).

以下、本発明に関する理解を容易にするために、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail in order to facilitate understanding of the present invention.

本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念に解釈すべきである。 The terms and words used in the specification and the claims should not be construed as limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors shall describe their invention in the best way possible. Therefore, according to the principle that the concept of terms can be defined as appropriate, the meaning and concept should be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention.

本発明の一実施形態に係る二次電池用正極活物質は、
コアと、
前記コアを囲んで位置するシェルと、
前記コアとシェルとの間に位置し、前記コアとシェルを連結する三次元網目構造体および空隙を含む緩衝層とを含み、
前記コア、シェルおよび緩衝層での三次元網目構造体は、それぞれ独立して、リチウム複合金属酸化物を含み、
BET比表面積が0.2m/g〜0.5m/gであり、気孔度が30体積%以下であり、平均粒径(D50)が8μm〜15μmである。
A positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention,
With the core,
A shell located around the core,
A buffer layer that is located between the core and the shell and that connects the core and the shell and that includes a three-dimensional network structure and a void.
The three-dimensional network structure in the core, the shell and the buffer layer each independently contains a lithium mixed metal oxide,
BET specific surface area of 0.2m 2 /g~0.5m 2 / g, porosity is 30 vol%, an average particle size (D 50) is 8Myuemu~15myuemu.

このように、本発明の一実施形態に係る二次電池用正極活物質は、コア‐シェル構造を有する粒子において、コアとシェルとの間に前記コアおよびシェルと連結された三次元網目構造の緩衝層がさらに形成された構造を有することで、電極の製造時に、圧延工程による活物質の破壊を最小化し、電解液との反応性を極大化し、また、シェルを形成する粒子がリチウムイオンの挿入および脱離が容易な配向の結晶構造を有し、これにより二次電池の出力特性および寿命特性を向上させることができる。また、前記正極活物質は、粒子の比表面積と平均粒径、また気孔度がともに制御されることで、電池適用時に充放電特性をより向上させることができる。 Thus, the positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention is a particle having a core-shell structure having a three-dimensional network structure in which the core and the shell are connected between the core and the shell. By having a structure in which the buffer layer is further formed, at the time of manufacturing the electrode, the destruction of the active material by the rolling process is minimized, the reactivity with the electrolytic solution is maximized, and the particles forming the shell are made of lithium ions. It has an oriented crystal structure that is easy to insert and remove, which can improve the output characteristics and life characteristics of the secondary battery. In addition, since the specific surface area of the particles, the average particle diameter, and the porosity of the positive electrode active material are both controlled, the charge/discharge characteristics can be further improved when the battery is applied.

図1は本発明の一実施形態に係る二次電池用正極活物質を概略的に示した断面構造図である。図1は本発明を説明するための一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。 FIG. 1 is a cross-sectional structural view schematically showing a positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to this.

図1を参照して説明すると、本発明の一実施形態に係る二次電池用正極活物質10は、コア1と、前記コアを囲むシェル2と、コアとシェルとの間に前記コアを囲んで位置する緩衝層3とを含み、前記緩衝層3は、空隙3aと三次元網目構造体3bとを含む。 Referring to FIG. 1, a positive electrode active material 10 for a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention includes a core 1, a shell 2 surrounding the core, and the core surrounded by the core and the shell. And a buffer layer 3 located at 1. The buffer layer 3 includes a void 3a and a three-dimensional mesh structure 3b.

具体的には、前記正極活物質10において、前記コア1は、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物(リチウム化インターカレーション化合物)として、リチウム複合金属酸化物(以下、簡単に「第1のリチウム複合金属酸化物」とする)を含む。 Specifically, in the positive electrode active material 10, the core 1 is a lithium composite metal oxide (lithium intercalation compound) as a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithium intercalation compound). Hereinafter, it is simply referred to as “first lithium mixed metal oxide”).

前記コア1は、上述の第1のリチウム複合金属酸化物の単一粒子からなってもよく、または前記第1のリチウム複合金属酸化物の1次粒子が凝集された2次粒子からなってもよい。この際、1次粒子は、均一であってもよく、均一でなくてもよい。 The core 1 may be composed of single particles of the above-mentioned first lithium mixed metal oxide, or may be composed of secondary particles obtained by aggregating the primary particles of the first lithium mixed metal oxide. Good. At this time, the primary particles may or may not be uniform.

また、前記正極活物質10において、前記シェル2は、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物(リチウム化インターカレーション化合物)として、リチウム複合金属酸化物(以下、簡単に「第2のリチウム複合金属酸化物」とする)を含む。 In addition, in the positive electrode active material 10, the shell 2 is a lithium composite metal oxide (hereinafter, simply referred to as a lithium intercalation compound) that is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium. (Hereinafter referred to as “second lithium mixed metal oxide”).

前記第2のリチウム複合金属酸化物は、正極活物質の中心から外部に放射状に成長した、結晶配向性粒子であっておよい。このように、シェルを形成する第2のリチウム複合金属酸化物の粒子が、リチウムの挿入および脱離がスムーズな方向への結晶配向性を有することで、同組成の結晶配向性を有していない粒子に比べて高い出力特性を実現することができる。 The second lithium mixed metal oxide may be crystal-oriented particles that are radially grown from the center of the positive electrode active material to the outside. In this way, the particles of the second lithium mixed metal oxide forming the shell have the crystal orientation of the same composition by having the crystal orientation in the direction in which lithium insertion and desorption are smooth. Higher output characteristics can be achieved compared to non-particles.

具体的には、前記シェル2において、前記第2のリチウム複合金属酸化物の粒子は、六面体などの多角形、円柱、繊維状または鱗片状などの様々な形状を有してもよい。より具体的には、前記第2のリチウム複合金属酸化物の粒子は、1.5以上のアスペクト比(aspect ratio)を有する繊維状であっておよい。シェルを構成する第2のリチウム複合金属酸化物の粒子のアスペクト比が1.5未満の場合には、均一な粒子成長が行われず、電気化学特性が低下する恐れがある。この際、前記アスペクト比は、第2のリチウム複合金属酸化物粒子の中心を通過する長軸方向の長さに対して、前記酸化物粒子の中心を通過し前記長軸に対して垂直の短軸方向の長さの比を意味する。 Specifically, in the shell 2, the particles of the second lithium mixed metal oxide may have various shapes such as a polygon such as a hexahedron, a cylinder, a fibrous shape, or a scaly shape. More specifically, the particles of the second lithium mixed metal oxide may be fibrous having an aspect ratio of 1.5 or more. When the aspect ratio of the particles of the second lithium mixed metal oxide forming the shell is less than 1.5, uniform particle growth may not be performed, and the electrochemical characteristics may deteriorate. At this time, the aspect ratio is such that, with respect to the length in the major axis direction that passes through the center of the second lithium mixed metal oxide particle, a short length that passes through the center of the oxide particle and is perpendicular to the major axis. It means the ratio of the length in the axial direction.

また、前記シェル2は、第2のリチウム複合金属酸化物の粒子の間に形成される空隙をさらに含んでもよい。 In addition, the shell 2 may further include voids formed between the particles of the second lithium mixed metal oxide.

一方、上述のコア1とシェル2との間には、空隙3aおよび前記コアとシェルとを連結する三次元網目構造体3bを含む緩衝層3が位置する。 On the other hand, the buffer layer 3 including the void 3a and the three-dimensional mesh structure 3b that connects the core and the shell is located between the core 1 and the shell 2 described above.

前記緩衝層3において、空隙3aは、活物質の製造時に反応物のpHを制御するに伴い、活物質粒子が中空型の構造に変換される過程で形成されるものであり、前記コア1とシェル2との間に空間を形成し、電極の製造のための圧延時に緩衝作用をする。また、正極活物質の内部にまで電解液が容易に浸透してコアと反応可能にすることで、活物質の電解液との反応面積を増加させる役割を果たすことができる。 In the buffer layer 3, the voids 3a are formed in the process in which the active material particles are converted into a hollow structure as the pH of the reaction product is controlled during the production of the active material. A space is formed between the shell 2 and the shell 2 to cushion the rolling during manufacturing of the electrode. In addition, the electrolytic solution can easily penetrate into the positive electrode active material and react with the core to increase the reaction area of the active material with the electrolytic solution.

このように、緩衝層内に形成される空隙3aとともに、前記シェル内に含まれるリチウム複合金属酸化物粒子の間に形成され得る空隙を選択的にさらに含んでもよい。前記正極活物質は、具体的には、正極活物質の全体積に対して30体積%以下、より具体的には2〜30体積%の気孔度を示すことができる。前記範囲内の気孔度を有することで、活物質の機械的強度が低下することなく、優れた緩衝作用および電解液との反応面積増加の効果を示すことができる。また、前記空隙の形成による改善効果の顕著さを考慮すると、前記正極活物質は、正極活物質の全体積に対して5〜25体積%の気孔度を示すことができる。この際、正極活物質の気孔度は、集束イオンビーム(focused ion beam、FIB)を用いた粒子の断面分析または水銀圧入法により測定することができる。 Thus, in addition to the voids 3a formed in the buffer layer, voids that may be formed between the lithium mixed metal oxide particles contained in the shell may be selectively included. The positive electrode active material may have a porosity of 30% by volume or less, more specifically 2 to 30% by volume, based on the total volume of the positive electrode active material. By having the porosity within the above range, it is possible to exhibit an excellent buffering effect and an effect of increasing the reaction area with the electrolytic solution without lowering the mechanical strength of the active material. Further, considering the remarkable improvement effect due to the formation of the voids, the positive electrode active material may exhibit a porosity of 5 to 25% by volume with respect to the total volume of the positive electrode active material. At this time, the porosity of the positive electrode active material can be measured by cross-sectional analysis of particles using a focused ion beam (FIB) or mercury porosimetry.

また、前記緩衝層3において、三次元網目構造体3bは、活物質の製造時に活物質粒子が中空型の構造に変換され、内部コアを生成する過程で形成されるものであり、コアとシェルとの間に連結され、コア1とシェル2との間の空間を支持する役割をする。これにより、前記三次元網目構造体3bは、コア1およびシェル2と同様、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物(リチウム化インターカレーション化合物)として、リチウム複合金属酸化物(以下、簡単に「第3リチウム複合金属酸化物」とする)を含む。 Further, in the buffer layer 3, the three-dimensional network structure 3b is formed in the process in which the active material particles are converted into a hollow structure during the production of the active material to form an inner core. And serves to support the space between the core 1 and the shell 2. As a result, the three-dimensional network structure 3b, like the core 1 and the shell 2, is a lithium composite metal as a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound). An oxide (hereinafter simply referred to as “third lithium mixed metal oxide”) is included.

前記のような構造を有する本発明の一実施形態に係る正極活物質10は、リチウム複合金属酸化物を含み、前記遷移金属酸化物でのリチウムと複合金属とのモル比(Li/Meモル比)が1以上であってもよい。 The positive electrode active material 10 according to an embodiment of the present invention having the above structure includes a lithium composite metal oxide, and a molar ratio of lithium and composite metal in the transition metal oxide (Li/Me molar ratio). ) May be 1 or more.

より具体的には、前記コア、シェルおよび緩衝層に含まれる第1〜第3のリチウム複合金属酸化物は、それぞれ独立して、下記化学式1の化合物を含んでもよい。 More specifically, the first to third lithium mixed metal oxides contained in the core, the shell and the buffer layer may each independently contain the compound of Chemical Formula 1 below.

(化学式1)
LiNi1−x−yCoM1M3M2
(前記化学式1中、M1は、AlおよびMnからなる群から選択される少なくともいずれか一つであり、M2は、Zr、Ti、Mg、TaおよびNbからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であり、また、M3は、W、MoおよびCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であり、1.0≦a≦1.5、0<x≦0.5、0<y≦0.5、0.0005≦z≦0.03、0≦w≦0.02、0<x+y≦0.7である)
(Chemical formula 1)
Li a Ni 1-x-y Co x M1 y M3 z M2 w O 2
(In the above Chemical Formula 1, M1 is at least one selected from the group consisting of Al and Mn, and M2 is any one selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ta and Nb. Or two or more elements, and M3 is one or more elements selected from the group consisting of W, Mo and Cr, and 1.0≦a≦1.5,0 <x≦0.5, 0<y≦0.5, 0.0005≦z≦0.03, 0≦w≦0.02, 0<x+y≦0.7)

前記化学式1のリチウム複合金属酸化物の組成は、活物質全体の平均組成である。 The composition of the lithium mixed metal oxide represented by Chemical Formula 1 is an average composition of the entire active material.

本発明の一実施形態に係る前記正極活物質は、上述の化学式1の組成を有するリチウム複合金属酸化物を含むことで、優れた構造安定性を有し、電池の寿命特性を向上させることができる。 The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention includes the lithium mixed metal oxide having the composition of Chemical Formula 1 described above, and thus has excellent structural stability and can improve battery life characteristics. it can.

具体的には、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物において、Liは、aに相当する含有量、すなわち1.0≦a≦1.5が含まれ得る。aが1.0未満の場合には、容量が低下する恐れがあり、1.5を超える場合には、焼成工程で粒子が焼結してしまい、活物質の製造が難しくなり得る。Li含有量の制御による正極活物質の容量特性改善効果の顕著さおよび活物質の製造時の焼結性のバランスを考慮すると、前記Liは、より具体的には、1.0≦a≦1.15の含有量で含まれ得る。 Specifically, in the lithium mixed metal oxide of Chemical Formula 1, Li may have a content corresponding to a, that is, 1.0≦a≦1.5. If a is less than 1.0, the capacity may decrease, and if it exceeds 1.5, the particles may sinter in the firing step, which may make it difficult to manufacture the active material. Considering the balance of the effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material by controlling the Li content and the sinterability during the production of the active material, the Li is more specifically 1.0≦a≦1. It may be included in a content of 0.15.

また、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物において、Niは、1−x−yに相当する含有量、すなわち0.3≦1−x−y<1の含有量で含まれ得る。1−x−yが0.3未満の場合には、容量特性が低下する恐れがあり、また、1以上の場合には、高温安定性低下の恐れがある。Niを含むことによる容量特性改善効果の顕著さを考慮すると、前記Niは、より具体的には、0.5≦1−x−y<0.9の含有量で含まれ得る。 In addition, in the lithium mixed metal oxide of Chemical Formula 1, Ni may be included in a content corresponding to 1-xy, that is, a content of 0.3≦1-xy<1. When 1-x-y is less than 0.3, the capacity characteristic may be deteriorated, and when 1 or more, the high temperature stability may be deteriorated. Considering the remarkable effect of the capacity characteristic improving effect by including Ni, the Ni may be more specifically included in a content of 0.5≦1-xy<0.9.

また、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物において、Coは、xに相当する含有量、すなわち、0<x≦0.5の含有量で含まれ得る。xが0の場合、容量および出力特性が低下する恐れがあり、また、0.5を超える場合、費用増加の恐れがある。Coを含むことによる容量特性改善効果の顕著さを考慮すると、前記Coは、より具体的には、0.10≦x≦0.35の含有量で含まれ得る。 In addition, in the lithium mixed metal oxide of Chemical Formula 1, Co may be included in a content corresponding to x, that is, a content of 0<x≦0.5. When x is 0, the capacity and output characteristics may deteriorate, and when it exceeds 0.5, the cost may increase. Considering the conspicuousness of the effect of improving the capacitance characteristic by including Co, the Co may be more specifically included in the content of 0.10≦x≦0.35.

前記M1は、yに相当する含有量、すなわち0<y≦0.5の含有量で含まれ得る。yが0である場合、M1を含むことによる改善効果が得られず、0.5を超える場合には、むしろ電池の出力特性および容量特性が低下する恐れがある。M1元素を含むことによる電池特性改善効果の顕著さを考慮すると、前記M1は、より具体的には、0<y≦0.2の含有量で含まれ得る。 The M1 may be included in a content corresponding to y, that is, a content of 0<y≦0.5. When y is 0, the improvement effect due to inclusion of M1 cannot be obtained, and when y exceeds 0.5, the output characteristics and capacity characteristics of the battery may rather be deteriorated. Considering the remarkable effect of improving the battery characteristics by including the M1 element, the M1 may be more specifically included in the content of 0<y≦0.2.

また、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物において、M3は、周期表の第6族(VIB族)に相当する元素であり、活物質粒子の製造時に、焼成工程中に粒子成長を抑制する役割をする。前記M3は、正極活物質の結晶構造において、Ni、CoまたはM1の一部を置換し、これらの元素が存在すべき位置に存在してもよく、またはリチウムと反応してリチウム酸化物を形成してもよい。これにより、M3の含有量および取り込み時期の調節によって結晶粒のサイズを制御することができる。具体的には、前記M3は、W、MoおよびCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であってもよく、より具体的には、WおよびCrの少なくともいずれか一つの元素であってもよい。この中でもM3がWの場合には、出力特性面に優れ、Crの場合には、寿命安定性の面でより優れる。 In addition, in the lithium mixed metal oxide of Chemical Formula 1, M3 is an element corresponding to Group 6 (VIB group) of the periodic table, and plays a role of suppressing particle growth during the firing step during the production of the active material particles. do. In the crystal structure of the positive electrode active material, M3 may replace a part of Ni, Co or M1 and may be present at a position where these elements should exist, or react with lithium to form a lithium oxide. You may. Thereby, the size of the crystal grains can be controlled by adjusting the content of M3 and the timing of incorporation. Specifically, the M3 may be any one or two or more elements selected from the group consisting of W, Mo and Cr, and more specifically, at least one of W and Cr. It may be one element. Among them, when M3 is W, the output characteristics are excellent, and when Cr is M, the life stability is more excellent.

かかる前記M3は、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物のうちzに相当する含有量、すなわち、0.0005≦z≦0.03で含まれ得る。zが0.0005未満の場合には、上述の特性を満たす活物質の実現が容易でなく、結果、出力および寿命特性の改善効果があまりない恐れがある。また、zが0.03を超える場合には、結晶構造の歪みや崩壊を誘発することがあり、リチウムイオンの移動を妨げることで電池容量を低下させることがある。M3元素の含有量の制御による粒子構造の実現およびそれによる電池特性改善効果の顕著さを考慮すると、より具体的には、0.001≦z≦0.01であってもよい。 The M3 may be included in the lithium mixed metal oxide of Chemical Formula 1 in an amount corresponding to z, that is, 0.0005≦z≦0.03. When z is less than 0.0005, it is not easy to realize an active material satisfying the above characteristics, and as a result, there is a possibility that the effect of improving output and life characteristics is not so great. Further, if z exceeds 0.03, distortion or collapse of the crystal structure may be induced, and movement of lithium ions may be hindered to reduce the battery capacity. Considering the realization of the particle structure by controlling the content of the M3 element and the conspicuous effect of improving the battery characteristics due to the control, the content may be more specifically 0.001≦z≦0.01.

また、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物、または前記リチウム複合金属酸化物でのNi、CoおよびM1の元素は、活物質内の金属元素の分布調節による電池特性の改善のために、他の元素、すなわちM2により一部置換されたりドープされてもよい。前記M2は、具体的には、Zr、Ti、Mg、TaおよびNbからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であってもよく、より具体的には、TiまたはMgであってもよい。 In addition, the lithium mixed metal oxide of Chemical Formula 1 or the elements of Ni, Co and M1 in the lithium mixed metal oxide may be mixed with other elements in order to improve the battery characteristics by controlling the distribution of the metal elements in the active material. It may be partially substituted or doped with the element, ie M2. The M2 may be any one or two or more elements selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ta and Nb, and more specifically, Ti or Mg. May be

前記M2の元素は、正極活物質の特性を低下させない範囲内で、wに相当する量、すなわち0≦w≦0.02の含有量で含まれ得る。 The element of M2 may be included in an amount corresponding to w, that is, a content of 0≦w≦0.02 within a range that does not deteriorate the characteristics of the positive electrode active material.

また、前記正極活物質において、前記化学式1のリチウム複合金属酸化物内に含まれる前記ニッケル、M1およびコバルトの少なくともいずれか一つの金属元素は、前記コア、シェルおよび活物質粒子全体のいずれか一つの領域内で増加するかまたは減少する濃度勾配を示すことができる。具体的には、前記正極活物質内に含まれたニッケル、コバルトおよびM1は、正極活物質粒子の中心から粒子の表面まで、またはコアおよびセル内でそれぞれ濃度プロファイルの平均傾きが正(+)または負(−)になるように分布してもよい。 Further, in the positive electrode active material, the metal element of at least one of nickel, M1 and cobalt contained in the lithium mixed metal oxide of the chemical formula 1 may be any one of the core, the shell and the entire active material particles. It is possible to show increasing or decreasing concentration gradients within one region. Specifically, nickel, cobalt, and M1 contained in the positive electrode active material have a positive (+) average concentration profile in the positive electrode active material from the center of the particle to the surface of the particle or in the core and the cell. Alternatively, the distribution may be negative (-).

本発明において、金属元素の濃度勾配または濃度プロファイルとは、X軸が粒子表面から中心部までの深さを示し、Y軸が金属元素の含有量を示す時に、粒子表面から中心部までの深さによる金属元素の含有量を示すグラフを意味する。一例として、濃度プロファイルの平均傾きが正ということは、粒子の中心部の区間が粒子表面部分よりも当該金属元素が相対的に多く位置することを意味し、平均傾きが負ということは、粒子の中心部の区間よりも粒子表面部分に金属元素が相対的に多く位置していることを意味する。本発明において、活物質内での金属の濃度勾配および濃度プロファイルは、X線光電子分光法(X‐ray Photoelectron Spectroscopy(XPS)、ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)ともいう)、電子線マイクロアナライザー(Electron Probe Micro Analyzer、EPMA)、誘導結合プラズマ‐原子放出分光法(Inductively Coupled Plasma‐Atomic Emission Spectrometer、ICP‐AES)、または飛行時間型二次イオン質量分析法(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry、ToF‐SIMS)などの方法を用いて確認することができる。例えば、XPSを用いて活物質内の金属元素のプロファイルを確認する場合、粒子表面から中心部の方向に活物質をエッチングしながら、エッチング時間(etching time)別に金属元素比(atomic ratio)を測定し、これより金属元素の濃度プロファイルを確認することができる。 In the present invention, the concentration gradient or concentration profile of the metal element means the depth from the particle surface to the central portion when the X axis indicates the depth from the particle surface to the central portion and the Y axis indicates the content of the metal element. It means a graph showing the content of the metal element depending on the size. As an example, that the average slope of the concentration profile is positive means that the section of the central portion of the particle is relatively more located in the metal element than the surface portion of the particle. It means that the metal element is relatively more located on the surface portion of the particle than in the central section. In the present invention, the concentration gradient and concentration profile of the metal in the active material include X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), and electron beam microanalyzer. Electron Probe Micro Analyzer (EPMA), Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES, or Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy (TiP). -SIMS) and the like. For example, when the profile of the metal element in the active material is confirmed using XPS, the metal element ratio (atomic ratio) is measured for each etching time while etching the active material in the direction from the particle surface to the center. However, the concentration profile of the metal element can be confirmed from this.

具体的には、前記ニッケル、コバルトおよびM1のうち少なくとも一つの金属元素は、前記コア、シェルおよび活物質粒子全体のいずれか一つの領域内で、より具体的には、活物質粒子全体にわたり金属の濃度が連続して変化する濃度勾配を有してもよく、金属元素の濃度勾配の傾きは、一つ以上の値を示してもよい。このように連続した濃度勾配を有することで、中心から表面に至るまで急激な相境界領域が存在せず、結晶構造が安定化し、熱安定性が増加する。また、金属の濃度勾配の傾きが一定である場合、構造安定性改善の効果がより向上することができる。また、濃度勾配により活物質粒子内での各金属の濃度を異ならせることで、当該金属の特性を容易に活用して正極活物質の電池性能改善の効果をより向上させることができる。 Specifically, the metal element of at least one of nickel, cobalt and M1 is a metal element in any one region of the core, the shell and the entire active material particles, and more specifically, the metal element over the entire active material particles. May have a concentration gradient that continuously changes, and the gradient of the concentration gradient of the metal element may exhibit one or more values. With such a continuous concentration gradient, there is no abrupt phase boundary region from the center to the surface, the crystal structure is stabilized, and the thermal stability is increased. Further, when the gradient of the metal concentration gradient is constant, the effect of improving the structural stability can be further improved. Further, by varying the concentration of each metal in the active material particles according to the concentration gradient, the characteristics of the metal can be easily utilized to further improve the battery performance improvement effect of the positive electrode active material.

本発明において「金属の濃度が連続して濃度勾配を示す」とは、金属の濃度が、粒子全体にわたり徐々に変化する濃度分布で存在するということを意味する。具体的には、前記濃度分布は、粒子内で1μm当たり金属濃度の変化が、正極活物質内に含まれる当該金属の全原子量を基準として、それぞれ0.1〜30原子%、より具体的には、0.1〜20原子%、さらに具体的には、1〜10原子%の差があってもよい。 In the present invention, “the metal concentration continuously exhibits a concentration gradient” means that the metal concentration exists in a concentration distribution that gradually changes over the entire particle. Specifically, the concentration distribution is such that the change in metal concentration per 1 μm in the particles is 0.1 to 30 atom %, more specifically, based on the total atomic weight of the metal contained in the positive electrode active material. May vary from 0.1 to 20 atom %, more specifically from 1 to 10 atom %.

より具体的には、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、前記ニッケル、コバルトおよびM1の少なくともいずれか一つの金属元素は、活物質粒子全体にわたり連続して変化する濃度勾配を示し、前記活物質粒子内での金属元素の濃度勾配の傾きは、一つ以上の値を示してもよい。 More specifically, in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the metal element of at least one of nickel, cobalt, and M1 exhibits a concentration gradient that continuously changes throughout the active material particles. The gradient of the concentration gradient of the metal element in the active material particles may exhibit one or more values.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、前記ニッケル、コバルトおよびM1の少なくともいずれか一つの金属元素は、コアおよびシェル内でそれぞれ独立して、連続して変化する濃度勾配を示し、前記コアおよびシェル内での金属元素の濃度勾配の傾きは、互いに同じでもまたは相違していてもよい。 Further, in the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, the metal element of at least one of nickel, cobalt and M1 has a concentration gradient that continuously and independently changes in the core and the shell. The gradient of the concentration gradient of the metal element in the core and the shell may be the same or different from each other.

より具体的には、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、正極活物質内に含まれたニッケルの濃度は、活物質粒子の中心から粒子の表面の方向に連続した濃度勾配を有して減少するか、またはコアおよびシェル内でそれぞれ独立して、活物質粒子の中心から粒子の表面の方向に連続した濃度勾配を有して減少してもよい。この際、前記ニッケルの濃度勾配の傾きは、正極活物質粒子の中心から表面まで、またはコアおよびシェル内でそれぞれ一定であってもよい。このように活物質粒子内の粒子の中心でニッケルの濃度が高濃度を維持し、粒子表面側に向かって濃度が減少する濃度勾配を含む場合、熱安定性を示し、且つ容量の減少を防止することができる。 More specifically, in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the concentration of nickel contained in the positive electrode active material has a continuous concentration gradient from the center of the active material particle toward the surface of the particle. Or may independently decrease in the core and shell, respectively, with a continuous concentration gradient from the center of the active material particle to the surface of the particle. At this time, the gradient of the nickel concentration gradient may be constant from the center to the surface of the positive electrode active material particles, or within the core and the shell. In this way, when the concentration of nickel is maintained at a high concentration in the center of the particles in the active material particles and the concentration gradient decreases toward the particle surface side, thermal stability is exhibited and a decrease in capacity is prevented. can do.

また、本発明の一実施形態に係る正極活物質において、正極活物質内に含まれたコバルトの濃度は、活物質粒子の中心から粒子の表面の方向に連続した濃度勾配を有して増加するか;またはコアおよびシェル内でそれぞれ独立して、活物質粒子の中心から粒子の表面の方向に連続した濃度勾配を有して増加してもよい。この際、前記コバルトの濃度勾配の傾きは、正極活物質粒子の中心から表面まで、またはコアおよびシェル内でそれぞれ一定であってもよい。このように活物質粒子内に粒子の中心でコバルトの濃度が低濃度を維持し、表面側に向かって濃度が増加する濃度勾配を含む場合、コバルトの使用量を減少させ、且つ容量の減少を防止することができる。 In addition, in the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention, the concentration of cobalt contained in the positive electrode active material increases with a continuous concentration gradient from the center of the active material particle toward the surface of the particle. Or; independently in the core and shell, each may increase with a continuous concentration gradient from the center of the active material particle to the surface of the particle. At this time, the gradient of the cobalt concentration gradient may be constant from the center to the surface of the positive electrode active material particles, or within the core and the shell. In this way, when the cobalt concentration in the active material particles maintains a low concentration at the center of the particles and includes a concentration gradient in which the concentration increases toward the surface side, the amount of cobalt used is reduced and the capacity is reduced. Can be prevented.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、正極活物質内に含まれたM1の濃度は、活物質粒子の中心から粒子の表面の方向に連続した濃度勾配を有して増加するか;またはコアおよびシェル内でそれぞれ独立して、活物質粒子の中心から粒子の表面の方向に連続した濃度勾配を有して増加してもよい。この際、前記M1の濃度勾配の傾きは、正極活物質粒子の中心から表面まで、またはコアおよびシェル内でそれぞれ一定であってもよい。このように、活物質粒子内に粒子の中心でM1の濃度が低濃度を維持し、粒子表面側に向かって濃度が増加する濃度勾配を含む場合、容量が減少することなく熱安定性を改善することができる。より具体的には、前記M1は、マンガン(Mn)であってもよい。 In the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, the concentration of M1 contained in the positive electrode active material increases with a continuous concentration gradient from the center of the active material particle toward the surface of the particle. Or independently within the core and shell, and may increase with a continuous concentration gradient from the center of the active material particle to the surface of the particle. At this time, the gradient of the concentration gradient of M1 may be constant from the center to the surface of the positive electrode active material particles, or within the core and the shell. As described above, when the concentration of M1 is kept low in the center of the active material particle and the concentration gradient increases toward the particle surface side, the thermal stability is improved without decreasing the capacity. can do. More specifically, the M1 may be manganese (Mn).

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、前記コア内に含まれるニッケルの含有量がシェル内に含まれるニッケルの含有量より多くてもよく、具体的には、前記コアは、コア内に含まれる金属元素の全原子量に対して60原子%以上100原子%未満の含有量でニッケルを含み、前記シェルは、シェル内に含まれる金属元素の全原子量に対して30〜60原子%未満の含有量でニッケルを含んでもよい。 Further, in the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention, the content of nickel contained in the core may be larger than the content of nickel contained in the shell, and specifically, the core is And containing nickel in a content of 60 atomic% or more and less than 100 atomic% with respect to the total atomic weight of the metallic elements contained in the core, and the shell is 30 to 60 with respect to the total atomic weight of the metallic elements contained in the shell. Nickel may be contained in a content of less than atomic %.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、前記コア内に含まれるコバルトの含有量が、シェル内に含まれるコバルトの含有量より少なくてもよい。 Further, in the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, the content of cobalt contained in the core may be smaller than the content of cobalt contained in the shell.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、前記コア内に含まれるM1の含有量がシェル内に含まれるM1の含有量より少なくてもよい。 In the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, the content of M1 contained in the core may be smaller than the content of M1 contained in the shell.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、ニッケル、コバルトおよびM1は、活物質粒子全体にわたり、それぞれ独立して、連続的に変化する濃度勾配を示し、前記ニッケルの濃度は、活物質粒子の中心から表面の方向に連続した濃度勾配を有して減少し、また、前記コバルトおよびM1の濃度は、それぞれ独立して、活物質粒子の中心から表面の方向に連続した濃度勾配を有して増加してもよい。 In the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, nickel, cobalt, and M1 each independently show a continuously changing concentration gradient over the entire active material particles, and the nickel concentration is: The active material particles have a continuous concentration gradient in the direction from the surface to the surface, and the concentrations of cobalt and M1 are independent of each other and are continuous in the direction from the center to the surface of the active material particles. May be increased.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質において、ニッケル、コバルトおよびM1は、コアおよびシェル内でそれぞれ独立して、連続して変化する濃度勾配を示し、前記ニッケルの濃度は、コアの中心からコアと緩衝層の界面まで、また、緩衝層とシェルの界面からシェルの表面まで連続した濃度勾配を有して減少し、また、前記コバルトおよびM1の濃度は、それぞれ独立して、コアの中心からコアと緩衝層の界面まで、また、緩衝層とシェルの界面からシェルの表面まで連続した濃度勾配を有して増加してもよい。 In the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, nickel, cobalt and M1 each independently show a continuously changing concentration gradient in the core and the shell, and the concentration of nickel is the core. From the center to the interface between the core and the buffer layer and from the interface between the buffer layer and the shell to the surface of the shell with a continuous concentration gradient, and the concentrations of cobalt and M1 are independent of each other. It may be increased with a continuous concentration gradient from the center of the core to the interface between the core and the buffer layer, and from the interface between the buffer layer and the shell to the surface of the shell.

このように、活物質内に部分的にまたは全体にわたり正極活物質粒子の表面側に向かってニッケルの濃度は減少し、コバルトおよびM1の濃度は増加する組み合わされた濃度勾配を含むことで、容量特性を維持し、且つ熱安定性を示すことができる。 Thus, the concentration of nickel decreases and the concentrations of cobalt and M1 increase toward the surface side of the positive electrode active material particles partially or entirely within the active material. It can maintain its properties and exhibit thermal stability.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質は、結晶粒子の平均サイズが200nm以下、具体的には60nm〜200nmである多結晶リチウム複合金属酸化物粒子を含んでもよい。 Further, the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention may include polycrystalline lithium composite metal oxide particles having an average size of crystal particles of 200 nm or less, specifically 60 nm to 200 nm.

前記正極活物質での結晶粒子の平均サイズは、その製造時に前記リチウム複合金属酸化物内に含まれるM3元素の含有量と焼成条件の制御により、高出力特性を示すことができるように最適化したものである。具体的には、前記多結晶リチウム複合金属酸化物を構成する結晶粒子の平均サイズは60nm〜150nmであり、結晶サイズの制御による出力特性改善効果の顕著さを考慮すると、結晶粒子の平均サイズは、より具体的には、80nm〜120nmであってもよい。 The average size of the crystal particles in the positive electrode active material is optimized so as to exhibit high output characteristics by controlling the content of the M3 element contained in the lithium mixed metal oxide at the time of its production and the firing conditions. It was done. Specifically, the average size of the crystal particles constituting the polycrystalline lithium mixed metal oxide is 60 nm to 150 nm, and in consideration of the remarkable effect of improving the output characteristics by controlling the crystal size, the average size of the crystal particles is More specifically, it may be 80 nm to 120 nm.

本発明において、多結晶(polycrystal)とは、二つ以上の結晶粒子が集まってなる結晶体を意味する。また、本発明において、前記多結晶体をなす結晶粒子は1次粒子を意味し、前記多結晶体は、かかる1次粒子が凝集した2次粒子の形態を意味する。 In the present invention, the term “polycrystal” means a crystal body composed of two or more crystal grains. Further, in the present invention, the crystalline particles forming the polycrystal mean primary particles, and the polycrystal means the form of secondary particles in which the primary particles are aggregated.

また、本発明において、結晶粒子の平均サイズは、前記リチウム複合金属酸化物粒子をX線回折分析を用いて定量的に分析することができる。例えば、前記多結晶リチウム複合金属酸化物粒子をホルダに入れ、X線を前記粒子に照射して現れる回折格子を分析することで、結晶粒子の平均サイズを定量的に分析することができる。 In addition, in the present invention, the average size of the crystal particles can be quantitatively analyzed by using the X-ray diffraction analysis of the lithium composite metal oxide particles. For example, the average size of the crystal particles can be quantitatively analyzed by putting the polycrystalline lithium mixed metal oxide particles in a holder and analyzing a diffraction grating that appears when the particles are irradiated with X-rays.

また、本発明の一実施形態に係る正極活物質は、リチウム複合金属酸化物の結晶内のニッケル(Ni)無秩序度(Ni disorder)が0.2〜3.0%であってもよい。このように低いNiの無秩序度を有することで、優れたサイクル効率および容量特性を示すことができる。より具体的には0.5〜2%、さらに具体的には0.5〜1.5%であってもよい。 In addition, the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention may have a nickel (Ni) disorder degree (Ni disorder) in the crystal of the lithium mixed metal oxide of 0.2 to 3.0%. By having such a low degree of Ni disorder, excellent cycle efficiency and capacity characteristics can be exhibited. More specifically, it may be 0.5 to 2%, and more specifically 0.5 to 1.5%.

本発明において、前記Ni無秩序度は、正極活物質の合成中にLiサイトに無秩序化するNiイオン量から決定することができる。具体的には、前記Ni無秩序度は、リートベルト(Rietveld)法を用いて原子構造分析を行い、これより、Liサイトを占めるNi2+イオンの相対量を分析し、また、試料パターンから得られた各回折度から酸素サイトの酸素による相対占有率をそれぞれ分析した後、これより、合成中のLiサイトに不規則化するNiイオン量を決定することができる。この際、酸素占有率zは、個数変数として解釈し、LiおよびNiの占有率は、二つのサイトの間で変化可能な単一の変数xとし、また、LiサイトのM1イオンによる占有率と、CoおよびNiイオンによるNiサイトの占有率は、前記化学式1で表されるものであり、一定に処理する。ニッケル無秩序度(%Ni)xの減少および相対酸素濃度zの増加によって第1サイクル効率が向上することができる。 In the present invention, the Ni disorder degree can be determined from the amount of Ni ions disordered to Li sites during the synthesis of the positive electrode active material. Specifically, the Ni disorder degree is obtained from a sample pattern by performing an atomic structure analysis using the Rietveld method and analyzing the relative amount of Ni 2+ ions occupying the Li site. After analyzing the relative occupancy ratio of oxygen sites by oxygen from each diffraction degree, the amount of Ni ions disordered to Li sites during synthesis can be determined from this. At this time, the oxygen occupancy z is interpreted as a number variable, the occupancy of Li and Ni is a single variable x that can be changed between two sites, and the occupancy of the Li site by the M1 ion is The occupancy of Ni site by Co, Ni and Ni ions is represented by the above chemical formula 1 and is treated at a constant level. The first cycle efficiency can be improved by decreasing the nickel disorder degree (%Ni + ) x and increasing the relative oxygen concentration z.

上述の構造の正極活物質は、比表面積および正極合剤密度を考慮して、8〜15μmの平均粒径(D50)を有してもよい。正極活物質の平均粒径が8μm未満の場合には、リチウム複合金属酸化物粒子の安定性の低下および正極活物質間の凝集によって活物質層内の分散性低下の恐れがあり、15μmを超える場合には、正極活物質の機械的強度の低下および比表面積の低下による出力特性低下の恐れがある。また、その特異的な構造によるレート特性および初期容量特性改善の効果を考慮すると、9〜12μmの平均粒径(D50)を有してもよい。 The positive electrode active material having the above structure may have an average particle diameter (D 50 ) of 8 to 15 μm in consideration of the specific surface area and the positive electrode mixture density. If the average particle size of the positive electrode active material is less than 8 μm, the stability of the lithium mixed metal oxide particles may decrease and the dispersibility in the active material layer may decrease due to aggregation between the positive electrode active materials. In this case, the output characteristics may be deteriorated due to the decrease in the mechanical strength of the positive electrode active material and the decrease in the specific surface area. Further, considering the effect of improving the rate characteristic and the initial capacity characteristic due to the specific structure, the average particle diameter (D 50 ) may be 9 to 12 μm.

本発明において、前記正極活物質の平均粒径(D50)は、粒径分布の50%基準での粒径として定義してもよい。本発明において、正極活物質粒子の平均粒径(D50)は、例えば、走査電子顕微鏡(scanning electron microscopy、SEM)または電界放射型走査電子顕微鏡(field emission scanning electron microscopy、FE‐SEM)などを用いた電子顕微鏡観察、またはレーザ回折法(laser diffraction method)を用いて測定することができる。レーザ回折法によって測定する際、より具体的には、正極活物質の粒子を分散媒の中に分散させた後、市販のレーザ回折粒度測定装置(例えば、Microtrac MT 3000)に導入して約28kHzの超音波を出力60Wで照射した後、測定装置における粒径分布の50%基準での平均粒径(D50)を算出することができる。 In the present invention, the average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material may be defined as the particle size based on 50% of the particle size distribution. In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material particles may be, for example, a scanning electron microscope (SEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The measurement can be performed using the electron microscope observation used or a laser diffraction method. When measuring by a laser diffraction method, more specifically, after dispersing the particles of the positive electrode active material in a dispersion medium, the particles are introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (for example, Microtrac MT 3000) and about 28 kHz. After irradiating the ultrasonic waves of with the output of 60 W, the average particle size (D 50 ) on the basis of 50% of the particle size distribution in the measuring device can be calculated.

また、前記正極活物質において、正極活物質粒子の半径に対するコアの半径の比が0超0.4未満であり、正極活物質粒子の半径に対する、活物質粒子の中心から緩衝層とシェルの界面までの長さの比が0超0.7未満であってもよい。 In the positive electrode active material, the ratio of the radius of the core to the radius of the positive electrode active material particles is more than 0 and less than 0.4, and the interface between the buffer layer and the shell from the center of the active material particles to the radius of the positive electrode active material particles. The ratio of lengths up to 0 may be greater than 0 and less than 0.7.

また、前記正極活物質において、下記数学式1により決定されるシェル領域が、0.2〜1未満、好ましくは0.4〜0.6であってもよい。 In the positive electrode active material, the shell region determined by the following mathematical formula 1 may be 0.2 to less than 1, preferably 0.4 to 0.6.

(数式1)
シェル領域=(正極活物質の半径−コアの半径−緩衝層の厚さ)/正極活物質の半径
(Formula 1)
Shell region=(radius of positive electrode active material−radius of core−thickness of buffer layer)/radius of positive electrode active material

上述のような比率で正極活物質内にコア、緩衝層およびシェルが形成され、また、それぞれの領域内で金属元素の濃度勾配が形成される場合、活物質粒子内のニッケル、コバルトおよびマンガンの分布がより最適化して制御されることで、電極製造時に圧延工程による活物質の破壊を最小化し、電解液との反応性を極大化して、二次電池の出力特性および寿命特性をより向上させることができる。 When the core, the buffer layer, and the shell are formed in the positive electrode active material in the above-described ratio, and when the concentration gradient of the metal element is formed in each region, the concentration of nickel, cobalt, and manganese in the active material particles is increased. By controlling the distribution more optimally, the destruction of the active material due to the rolling process during electrode manufacturing is minimized, the reactivity with the electrolyte is maximized, and the output characteristics and life characteristics of the secondary battery are further improved. be able to.

本発明において、コア部の粒径は、集束イオンビーム(forced ion beam、fib)を用いた粒子の断面分析により測定することができる。 In the present invention, the particle size of the core part can be measured by cross-sectional analysis of the particles using a focused ion beam (fib).

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質は、BET比表面積が0.2m/g〜0.5m/gであってもよい。 Further, the positive active material according to an embodiment of the present invention, BET specific surface area may be 0.2m 2 /g~0.5m 2 / g.

正極活物質のBET比表面積が0.5m/gを超える場合には、正極活物質間の凝集による活物質層内の正極活物質の分散性の低下および電極内の抵抗の増加の恐れがあり、また、BET比表面積が0.2m/g未満の場合には、正極活物質自体の分散性低下および容量低下の恐れがある。本発明において、正極活物質の比表面積は、BET(Brunauer‐Emmett‐Teller)法によって測定したものであり、具体的には、BEL Japan社製、BELSORP‐mino IIを用いて液体窒素温度下(77K)での窒素ガス吸着量から算出することができる。 If the BET specific surface area of the positive electrode active material exceeds 0.5 m 2 /g, the dispersibility of the positive electrode active material in the active material layer may decrease due to aggregation between the positive electrode active materials, and the resistance in the electrode may increase. If the BET specific surface area is less than 0.2 m 2 /g, the dispersibility of the positive electrode active material itself and the capacity may decrease. In the present invention, the specific surface area of the positive electrode active material is measured by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method, and specifically, using BELSORP-mino II manufactured by BEL Japan under liquid nitrogen temperature ( It can be calculated from the nitrogen gas adsorption amount at 77K).

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質は、上述の平均粒径およびBET比表面積の条件を同時に満たすことで、優れた容量および充放電特性を示すことができる。具体的には、前記正極活物質は、8μm〜15μmの平均粒径(D50)および0.2m/g〜0.5m/gのBET比表面積を有してもよく、より具体的には、8μm〜10μmの平均粒径(D50)および0.25m/g〜0.35m/gのBET比表面積、さらに具体的には、8μm以上10μm未満の平均粒径(D50)および0.25m/g超0.35m/g以下のBET比表面積を有してもよい。本発明において、正極活物質の比表面積は、BET(Brunauer‐Emmett‐Teller)法によって測定したものであり、具体的には、BEL Japan社製、BELSORP‐mino IIを用いて液体窒素温度下(77K)での窒素ガス吸着量から算出することができる。 Further, the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention can exhibit excellent capacity and charge/discharge characteristics by simultaneously satisfying the conditions of the average particle diameter and the BET specific surface area described above. Specifically, the positive active material may have a BET specific surface area of the average particle diameter (D 50) and 0.2m 2 /g~0.5m 2 / g of 8Myuemu~15myuemu, more specifically the average particle size (D 50) of 8μm~10μm and 0.25m 2 /g~0.35m 2 / BET specific surface area of g, and more specifically, the average particle size of less than or 8 [mu] m 10 [mu] m (D 50 ) And a BET specific surface area of more than 0.25 m 2 /g and 0.35 m 2 /g or less. In the present invention, the specific surface area of the positive electrode active material is measured by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method, and specifically, using BELSORP-mino II manufactured by BEL Japan under liquid nitrogen temperature ( It can be calculated from the nitrogen gas adsorption amount at 77K).

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質は、活物質粒子の表面上にホウ素(B)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)またはジルコニウム(Zr)などのように、活物質の表面を保護することができるコーティング元素を少なくとも一つ以上含む表面処理層を1層以上さらに含んでもよい。 In addition, the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention has boron (B), aluminum (Al), titanium (Ti), silicon (Si), tin (Sn), magnesium (on the surface of the active material particles). 1) a surface treatment layer containing at least one coating element capable of protecting the surface of the active material, such as Mg), iron (Fe), bismuth (Bi), antimony (Sb) or zirconium (Zr). It may further include more than one layer.

具体的には、前記表面処理層は、上述のコーティング元素をそれぞれ含む単層構造を有してもよく、または単層内に上述のコーティング元素を二つ以上含んでもよい。また、前記表面処理層は、上述のコーティング元素をそれぞれ含む表面処理層が1層以上繰り返して形成された2層以上の多層構造を有してもよい。 Specifically, the surface treatment layer may have a single-layer structure containing the coating elements described above, or may include two or more coating elements described above in the single layer. Further, the surface treatment layer may have a multilayer structure of two or more layers in which one or more surface treatment layers each containing the above coating element are repeatedly formed.

より具体的には、前記コーティング元素としてホウ素を使用する場合、ホウ素リチウム酸化物の形態で表面処理層を形成することができる。特に、ホウ素リチウム酸化物は、正極活物質の表面に均一に形成され得ることからより優れた正極活物質の保護効果を示すことができる。前記ホウ素リチウム酸化物は、具体的には、LiBOまたはLiなどであってもよく、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が含まれ得る。 More specifically, when boron is used as the coating element, the surface treatment layer can be formed in the form of boron lithium oxide. In particular, since the boron lithium oxide can be uniformly formed on the surface of the positive electrode active material, it can exhibit a more excellent effect of protecting the positive electrode active material. The boron lithium oxide may be, for example, LiBO 2 or Li 2 B 4 O 7 , and may include one or a mixture of two or more thereof.

また、前記表面処理層は、ホウ素を100ppm〜2000ppm、より具体的には、250ppm〜1100ppmの量で含んでもよい。 Further, the surface treatment layer may contain boron in an amount of 100 ppm to 2000 ppm, more specifically, 250 ppm to 1100 ppm.

また、前記表面処理層に含まれるホウ素リチウム酸化物は、正極活物質の全重量に対して0.01重量%〜1重量%、具体的には0.05重量%〜0.5重量%の量で含まれ得る。前記ホウ素リチウム酸化物が0.01重量%未満の場合には、リチウム複合金属酸化物の表面に形成される表面処理層が薄くなって、充放電時に電解液間の副反応を抑制できる効果があまりなく、1重量%を超える場合には、ホウ素リチウム酸化物の過量含有によって表面処理層の厚さが厚くなり、これによる抵抗増加によってリチウム二次電池の電気化学的特性の低下をもたらすことがあった。 Further, the boron lithium oxide contained in the surface treatment layer is 0.01 wt% to 1 wt%, specifically 0.05 wt% to 0.5 wt% with respect to the total weight of the positive electrode active material. May be included in quantity. When the content of the lithium boron oxide is less than 0.01% by weight, the surface treatment layer formed on the surface of the lithium mixed metal oxide becomes thin, which has the effect of suppressing a side reaction between the electrolytic solutions during charging and discharging. If the amount is more than 1% by weight, the surface treatment layer may become thick due to the excessive content of the lithium lithium oxide, which may result in a decrease in the electrochemical characteristics of the lithium secondary battery due to the increased resistance. there were.

また、本発明の一実施形態によると、前記表面処理層は、リチウム複合金属酸化物を含む正極活物質をホウ素含有化合物と乾式混合した後、熱処理することで形成され得る。これにより、表面処理層内に含まれるホウ素リチウム酸化物のうち一部のホウ素元素が、正極活物質のリチウム複合金属酸化物内にドープされ得、前記リチウム複合金属酸化物内にドープされたホウ素の含有量は、前記リチウム複合金属酸化物の表面から内部に向かって減少する濃度勾配を有してもよい。このように表面処理層内から正極活物質の内部にまでホウ素の濃度勾配が形成される場合、構造安定性が増加し、サイクル特性が向上することができる。 In addition, according to an embodiment of the present invention, the surface treatment layer may be formed by dry-mixing a positive electrode active material containing a lithium mixed metal oxide with a boron-containing compound and then heat treating the mixture. Thereby, a part of the boron element contained in the surface treatment layer may be doped in the lithium mixed metal oxide of the positive electrode active material, and the boron doped in the lithium mixed metal oxide. The content of may have a concentration gradient that decreases from the surface to the inside of the lithium mixed metal oxide. In this way, when a concentration gradient of boron is formed from the surface treatment layer to the inside of the positive electrode active material, structural stability is increased and cycle characteristics can be improved.

また、前記コーティング元素としてアルミニウムを使用する場合、アルミニウム酸化物の形態で表面処理層を形成してもよく、ホウ素とは異なり、アルミニウムの場合、正極活物質の表面に不連続のパターン、例えば、島状に表面処理層を形成してもよい。正極活物質の表面に存在するアルミニウムは、フッ化水素(HF)と反応してAlFに変形されることで、フッ化水素の攻撃から活物質の表面を保護する。前記アルミニウムは、具体的には、Alなどの酸化物形態で含まれ得る。 When using aluminum as the coating element, the surface treatment layer may be formed in the form of aluminum oxide, and unlike boron, in the case of aluminum, a discontinuous pattern on the surface of the positive electrode active material, for example, The surface treatment layer may be formed in an island shape. Aluminum existing on the surface of the positive electrode active material reacts with hydrogen fluoride (HF) and is transformed into AlF 3 , thereby protecting the surface of the active material from the attack of hydrogen fluoride. The aluminum may be specifically included in an oxide form such as Al 2 O 3 .

例えば、アルミニウム含有表面処理層は、リチウム複合金属酸化物を含む正極活物質をアルミニウム含有化合物と乾式混合した後、熱処理することで形成され得る。この際、アルミニウム含有化合物の粒径制御により、表面処理層内に含まれるアルミニウム酸化物の結晶構造変化を抑制することができ、その結果として充放電時にサイクル安定性が向上することができる。 For example, the aluminum-containing surface treatment layer may be formed by dry-mixing a positive electrode active material containing a lithium mixed metal oxide with an aluminum-containing compound, and then heat treating the mixture. At this time, by controlling the particle size of the aluminum-containing compound, it is possible to suppress the crystal structure change of the aluminum oxide contained in the surface treatment layer, and as a result, it is possible to improve the cycle stability during charge and discharge.

また、前記チタン(Ti)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)またはジルコニウム(Zr)などのコーティング元素の場合、TiO、SiO、SnO、MgO、Fe、Bi、Sb、またはZrOのような酸化物の形態で、正極活物質の表面に対して表面処理層を形成し、正極活物質を保護する役割をする。 In the case of the coating element such as titanium (Ti), silicon (Si), tin (Sn), magnesium (Mg), iron (Fe), bismuth (Bi), antimony (Sb) or zirconium (Zr), TiO 2 is used. A surface treatment layer is formed on the surface of the positive electrode active material in the form of an oxide such as 2 , SiO 2 , SnO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , or ZrO 2. And serves to protect the positive electrode active material.

これらのコーティング元素の場合にも、前記アルミニウムと同じ方法で表面処理層を形成することができる。 Also in the case of these coating elements, the surface treatment layer can be formed by the same method as for the aluminum.

一方、前記表面処理層の厚さは10nm〜1000nmであってもよい。 On the other hand, the thickness of the surface treatment layer may be 10 nm to 1000 nm.

活物質の表面上に形成される表面処理層の厚さが1000nm以下の場合、活物質の内部抵抗を小さくすることができて放電電位の低下を防止して電流密度(C‐rate)変化による高い放電電位特性を維持することができる。その結果、電池の適用時に、より優れた寿命特性および放電電圧低下を示すことができる。 When the thickness of the surface treatment layer formed on the surface of the active material is 1000 nm or less, the internal resistance of the active material can be reduced, the discharge potential is prevented from lowering, and the current density (C-rate) changes. High discharge potential characteristics can be maintained. As a result, when the battery is applied, more excellent life characteristics and discharge voltage drop can be exhibited.

また、本発明の一実施形態に係る前記正極活物質は、1.7g/cc以上、または1.7g/cc〜2.5g/ccのタップ密度を有してもよい。上述の範囲の高いタップ密度を有することで、高容量特性を示すことができる。本発明において、正極活物質のタップ密度は、通常のタップ密度測定装置を用いて測定することができ、具体的には、タップ密度試験装置(tap density tester)を用いて測定することができる。 In addition, the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention may have a tap density of 1.7 g/cc or more, or 1.7 g/cc to 2.5 g/cc. By having a high tap density in the above range, high capacity characteristics can be exhibited. In the present invention, the tap density of the positive electrode active material can be measured by using a normal tap density measuring device, and specifically, it can be measured by using a tap density tester.

一方、本発明の他の実施形態によると、前記のような構造および物性的特性を有する本発明の一実施形態に係る正極活物質は、ニッケル原料物質、コバルト原料物質およびM1原料物質(この際、M1は、AlおよびMnからなる群から選択される少なくともいずれか一つの元素である)を含む金属原料物質の混合物に、アンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を添加し、pH11〜pH13で共沈反応させて、金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成された反応溶液を準備するステップ(ステップ1)と、前記反応溶液にアンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を前記反応溶液のpHが8以上11未満になるまで添加し、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を成長させるステップ(ステップ2)と、前記成長した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子をリチウム原料物質およびM3原料物質(この際、M3は、W、MoおよびCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素である)と混合した後、熱処理するステップ(ステップ3)とを含む製造方法により製造され得る。この際、前記正極活物質がM2(この際、M2は、Zr、Ti、Mg、TaおよびNbからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素である)をさらに含む場合、前記ステップ1での金属原料物質の混合物の製造時にM2原料物質が添加されてもよく、またはステップ3においてリチウム原料物質と混合時にM2原料物質が添加されてもよい。これにより、本発明の他の一実施形態によると、上述の正極活物質の製造方法が提供される。 Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention having the above-described structure and physical properties includes a nickel source material, a cobalt source material, and an M1 source material (in this case, , M1 is at least one element selected from the group consisting of Al and Mn), the ammonium cation-containing complex-forming agent and the basic compound are added to a mixture of the metal source materials, and the mixture is added at pH 11 to pH 13. A step of preparing a reaction solution in which a seed of metal-containing hydroxide or oxyhydroxide is produced by coprecipitation reaction (step 1); and an ammonium cation-containing complex-forming agent and a basic compound are added to the reaction solution. Adding the reaction solution until the pH is 8 or more and less than 11 to grow particles of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide (Step 2); and the growing metal-containing hydroxide or oxyhydroxide. The particles of the product are mixed with a lithium source material and an M3 source material (where M3 is one or more elements selected from the group consisting of W, Mo and Cr), and then heat treated. It can be manufactured by a manufacturing method including a step (step 3). At this time, when the positive electrode active material further includes M2 (wherein M2 is any one or two or more elements selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ta and Nb), The M2 source material may be added when the mixture of the metal source materials in step 1 is manufactured, or the M2 source material may be added when mixed with the lithium source material in step 3. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing the above positive electrode active material.

以下、各ステップ別に、より詳細に説明すると、前記正極活物質の製造のための製造方法において、ステップ1は、ニッケル、コバルト、M1および選択的にM2を含む金属原料物質の混合物に、アンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を添加し、pH11〜pH13で共沈反応させ、金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成された反応溶液を準備するステップである。 Hereinafter, each step will be described in more detail. In the manufacturing method for manufacturing the positive electrode active material, the step 1 is to add a mixture of metal source materials including nickel, cobalt, M1 and optionally M2 to an ammonium cation. It is a step of preparing a reaction solution in which a metal-containing hydroxide or oxyhydroxide seed is produced by adding a complexing agent-containing agent and a basic compound and performing coprecipitation reaction at pH 11 to pH 13.

具体的には、前記金属原料物質の混合物を準備する際、ニッケル原料物質、コバルト原料物質、M1含有原料物質また選択的にM2含有原料物質を溶媒、具体的には水、または水と均一に混合可能な有機溶媒(具体的には、アルコールなど)と水の混合物に添加して製造してもよく、またはそれぞれの原料物質を含む溶液、具体的には、水溶液を製造した後、これを混合して使用してもよい。この際、それぞれの原料物質は、最終に製造されるリチウム複合金属酸化物での各金属元素の含有量を考慮して適切な含有量で使用されてもよい。 Specifically, when preparing the mixture of the metal raw material, the nickel raw material, the cobalt raw material, the M1 containing raw material, and optionally the M2 containing raw material are mixed with a solvent, specifically water, or water. It may be produced by adding it to a mixture of a miscible organic solvent (specifically, alcohol, etc.) and water, or a solution containing each raw material, specifically, an aqueous solution, which is then prepared. You may mix and use it. At this time, each raw material may be used in an appropriate content in consideration of the content of each metal element in the finally produced lithium mixed metal oxide.

具体的には、ニッケルイオン、コバルトイオンおよびマンガンイオンの合計モル数が0.5M〜2.5M、より具体的には1M〜2.2Mであってもよい。また、かかるイオン濃度が維持されるように、遷移金属水酸化物の析出速度に合わせて遷移金属の原料物質を連続して供給することが好ましい。 Specifically, the total number of moles of nickel ions, cobalt ions and manganese ions may be 0.5M to 2.5M, and more specifically 1M to 2.2M. Further, it is preferable to continuously supply the transition metal starting material in accordance with the deposition rate of the transition metal hydroxide so that the ion concentration is maintained.

上述の金属元素を含む原料物質としては、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハライド、硫化物、水酸化物、酸化物またはオキシ水酸化物などが使用されてもよく、水に溶解されるものである限り、特に限定されない。 As the raw material containing the above-mentioned metal element, acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide may be used, which is dissolved in water. As long as it exists, it is not particularly limited.

一例として、前記コバルト原料物質としては、Co(OH)、CoOOH、Co(OCOCH・4HO、Co(NO・6HOまたはCo(SO・7HOなどが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。 As an example, as the cobalt raw material, Co (OH) 2, CoOOH , Co (OCOCH 3) 2 · 4H 2 O, Co (NO 3) 2 · 6H 2 O or Co (SO 4) 2 · 7H 2 O And the like, and any one of these or a mixture of two or more may be used.

また、ニッケル原料物質としては、Ni(OH)、NiO、NiOOH、NiCO・2Ni(OH)・4HO、NiC・2HO、Ni(NO・6HO、NiSO、NiSO・6HO、脂肪酸ニケル塩またはニッケルハロゲン化物などが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。 Further, as the nickel raw material, Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 .2Ni(OH) 2 .4H 2 O, NiC 2 O 2 .2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O , NiSO 4 , NiSO 4 .6H 2 O, fatty acid nickel salt or nickel halide, etc., and one or a mixture of two or more thereof may be used.

また、マンガン原料物質としては、Mn、MnO、およびMnなどのマンガン酸化物;MnCO、Mn(NO、MnSO、酢酸マンガン、ジカルボン酸マンガン塩、クエン酸マンガンおよび脂肪酸マンガン塩のようなマンガン塩;オキシ水酸化物、および塩化マンガンなどが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。 In addition, as the manganese raw material, manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , and Mn 3 O 4 ; MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylic acid salt, citric acid Examples include manganese salts such as manganese and fatty acid manganese salts; oxyhydroxides, manganese chloride, and the like, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

また、前記アルミニウム原料物質としては、AlSO、AlCl、またはAlNOなどが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。 In addition, examples of the aluminum source material include AlSO 4 , AlCl, and AlNO 3, and one or a mixture of two or more thereof may be used.

次に、前記で製造した金属原料物質の混合物に、アンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を添加し、pH11〜pH13で共沈反応させることで、金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成された反応溶液を製造することができる。 Next, an ammonium cation-containing complex-forming agent and a basic compound are added to the mixture of the metal raw material produced above, and coprecipitation reaction is carried out at pH 11 to pH 13 to obtain a metal-containing hydroxide or oxyhydroxide. A reaction solution in which seeds are produced can be manufactured.

前記アンモニウムカチオン含有錯体形成剤は、具体的には、NHOH、(NHSO、NHNO、NHCl、CHCOONH、またはNHCOなどであってもよく、これらの1種単独または2種以上の混合物が使用されてもよい。また、前記アンモニウムカチオン含有錯体形成剤は、水溶液の形態で使用されてもよく、この際、溶媒としては、水、または水と均一に混合可能な有機溶媒(具体的には、アルコールなど)と水の混合物が使用されてもよい。 The ammonium cation-containing complex-forming agent may be NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , or NH 4 CO 3 , or the like. Of course, one kind of these may be used alone, or a mixture of two or more kinds may be used. The ammonium cation-containing complex-forming agent may be used in the form of an aqueous solution, in which case the solvent is water or an organic solvent that can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol, etc.). A mixture of water may be used.

前記アンモニウムカチオン含有錯体形成剤は、前記金属原料物質の混合物1モルに対して0.5〜1のモル比にする量で添加されてもよい。一般的には、キレート剤は、金属と1:1モル比以上で反応して錯体を形成するが、形成された錯体のうち塩基性水溶液と反応していない未反応の錯体が中間生成物に変わり、キレート剤として回収され再使用され得ることから、本発明では、通常よりもキレート剤の使用量を低減することができる。結果、正極活物質の結晶性を高め、安定化することができる。 The ammonium cation-containing complex forming agent may be added in an amount of 0.5 to 1 with respect to 1 mol of the mixture of the metal raw material. Generally, a chelating agent reacts with a metal at a molar ratio of 1:1 or more to form a complex, but an unreacted complex that has not reacted with a basic aqueous solution becomes an intermediate product among the formed complexes. Instead, since the chelating agent can be recovered and reused, the amount of the chelating agent used in the present invention can be reduced more than usual. As a result, the crystallinity of the positive electrode active material can be enhanced and stabilized.

前記塩基性化合物は、NaOH、KOHまたはCa(OH)などのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物またはこれらの水和物であってもよく、これらの1種単独または2種以上の混合物が使用されてもよい。前記塩基性化合物も水溶液の形態で使用されてもよく、この際、溶媒としては、水、または水と均一に混合可能な有機溶媒(具体的には、アルコールなど)と水の混合物が使用されてもよい。 The basic compound may be an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide such as NaOH, KOH or Ca(OH) 2 or a hydrate thereof, and one of these may be used alone or two or more of them may be used. Mixtures may be used. The basic compound may also be used in the form of an aqueous solution, in which case the solvent is water or a mixture of water and an organic solvent that can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol, etc.) and water. May be.

また、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシード形成のための共沈反応は、pHが11〜13である条件で行われ得る。pHが上述の範囲から逸脱する場合、製造される水酸化物またはオキシ水酸化物のサイズを変化させたり粒子割れを誘発する恐れがある。また、水酸化物またはオキシ水酸化物の表面に金属イオンが溶出され、副反応によって各種の酸化物を形成する恐れがある。より具体的には、混合溶液のpHが11〜12である条件で行われてもよい。 In addition, the coprecipitation reaction for forming the seed of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide may be performed under the condition that the pH is 11 to 13. If the pH deviates from the above range, it may change the size of the produced hydroxide or oxyhydroxide or induce particle cracking. Further, metal ions may be eluted on the surface of the hydroxide or oxyhydroxide, and various oxides may be formed by a side reaction. More specifically, it may be performed under the condition that the pH of the mixed solution is 11-12.

上述のpH範囲を満たすようにするために、前記アンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物は1:10〜1:2のモル比で使用されてもよい。この際、前記pH値は、液体の温度25℃でのpH値を意味する。 In order to satisfy the above pH range, the ammonium cation-containing complexing agent and the basic compound may be used in a molar ratio of 1:10 to 1:2. In this case, the pH value means a pH value at a liquid temperature of 25°C.

前記共沈反応は、窒素などの不活性雰囲気下で、40℃〜70℃の温度で行われてもよい。また、前記反応時に反応速度を増加させるために攪拌工程が選択的に行われてもよく、この際、攪拌速度は、100rpm〜2000rpmであってもよい。 The coprecipitation reaction may be performed at a temperature of 40° C. to 70° C. under an inert atmosphere such as nitrogen. In addition, a stirring step may be selectively performed to increase the reaction rate during the reaction, and the stirring rate may be 100 rpm to 2000 rpm.

前記のような工程により金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成されて反応溶液中に析出される。具体的には、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物は、下記化学式2の化合物を含んでもよい。 The metal-containing hydroxide or oxyhydroxide seeds are generated and deposited in the reaction solution by the steps described above. Specifically, the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide may include a compound represented by Chemical Formula 2 below.

(化学式2)
Ni1−x1−y1Cox1M1y1M3z1M2w1
(Chemical formula 2)
Ni 1-x1-y1 Co x1 M1 y1 M3 z1 M2 w1 A

(前記化学式2中、
M1は、AlおよびMnからなる群から選択される少なくともいずれか一つであり、M2は、Zr、Ti、Mg、TaおよびNbからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であり、M3は、W、MoおよびCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であり、0<x1≦0.5、0<y1≦0.5、0.0005≦z1≦0.03、0≦w1≦0.02、0<x1+y1≦0.7であり、Aは、ヒドロキシ基またはオキシヒドロキシ基である。)
(In the chemical formula 2,
M1 is at least one selected from the group consisting of Al and Mn, and M2 is any one or more elements selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ta and Nb. And M3 is one or more elements selected from the group consisting of W, Mo and Cr, and 0<x1≦0.5, 0<y1≦0.5, 0.0005 ≦z1≦0.03, 0≦w1≦0.02, 0<x1+y1≦0.7, and A is a hydroxy group or an oxyhydroxy group. )

また、沈殿された金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物に対しては、通常の方法にしたがって分離後、乾燥工程が選択的に行われてもよい。 Further, the precipitated metal-containing hydroxide or oxyhydroxide may be selectively subjected to a drying step after separation according to a usual method.

前記乾燥工程は、通常の乾燥方法にしたがって実施されてもよく、具体的には、100〜200℃の温度範囲での加熱処理、熱風注入などの方法で15〜30時間行われてもよい。 The drying step may be performed according to a normal drying method, and specifically, may be performed for 15 to 30 hours by a method such as heat treatment in a temperature range of 100 to 200° C. or hot air injection.

次に、前記正極活物質の製造のための製造方法において、ステップ2は、前記ステップ1で製造した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードを成長させて粒子を製造する工程である。 Next, in the manufacturing method for manufacturing the positive electrode active material, step 2 is a step of growing the seed of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide manufactured in step 1 to manufacture particles.

具体的には、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成された反応溶液にアンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を、前記反応溶液のpHが共沈反応時のpHより低くなるまで添加することで、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を成長させることができる。 Specifically, the ammonium cation-containing complex forming agent and the basic compound are added to the reaction solution in which the seed of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide is formed, and the pH of the reaction solution is higher than the pH during the coprecipitation reaction. Particles of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide can be grown by adding it until it becomes low.

前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を成長させるステップは、ニッケル原料物質、コバルト原料物質およびM1含有原料物質を含む第1の金属原料物質の混合物に前記第1の金属原料物質の混合物とは互いに異なる濃度でニッケル、コバルト、M1含有原料物質を含む第2の金属原料物質の混合物を、混合比率が100体積%:0体積%から0体積%:100体積%まで徐々に変化するように添加するステップを含んでもよい。 The step of growing particles of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide comprises adding a mixture of the first metal source material including a nickel source material, a cobalt source material, and an M1-containing source material to the first metal source material. The mixture ratio of the second metal source material containing nickel, cobalt, and M1 containing source material in different concentrations from the mixture is gradually changed from 100% by volume to 0% by volume. So added.

このように前記第1の金属原料物質の混合物に対する第2の金属原料物質の混合物の取り込み量を連続して増加させ、反応速度および反応時間を制御することで、ニッケル、コバルトおよびM1が、それぞれ独立して、粒子の中心から表面まで連続して変化する濃度勾配を示す金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物を製造することができる。この際、生成される水酸化物またはオキシ水酸化物内での金属の濃度勾配とその傾きは、第1の金属原料物質の混合物および第2の金属原料物質の混合物の組成と混合供給の比率に応じて容易に調節され得、特定の金属の濃度が高い高密度状態を作るためには、反応時間を長くし、反応速度を減少させることが好ましく、特定の金属の濃度が低い低密度状態を作るためには、反応時間を短くし、反応速度を増加させることが好ましい。 Thus, by continuously increasing the amount of the mixture of the second metal source material to the mixture of the first metal source material and controlling the reaction rate and reaction time, nickel, cobalt and M1 are Independently, metal-containing hydroxides or oxyhydroxides can be produced that exhibit a continuously varying concentration gradient from the center of the particle to the surface. At this time, the concentration gradient and the gradient of the metal in the generated hydroxide or oxyhydroxide are the composition of the mixture of the first metal source material and the mixture of the second metal source material and the ratio of the mixed supply. In order to make a high density state in which the concentration of a specific metal is high, it is preferable to increase the reaction time and decrease the reaction rate, and a low density state in which the concentration of a specific metal is low. It is preferable to shorten the reaction time and increase the reaction rate in order to produce

具体的には、前記第1の金属原料物質の混合物に添加される第2の金属原料物質の混合物の速度は、初期の取り込み速度に対して1〜30%の範囲内で連続して増加させて行われ得る。具体的には、第1の金属原料物質の混合物の取り込み速度は、150ml/hr〜210ml/hrであってもよく、前記第2の金属原料物質の混合物の取り込み速度は、120ml/hr〜180ml/hrであってもよく、前記取り込み速度範囲内で初期の取り込み速度に対して1%〜30%の範囲内で第2金属原料物質の混合物の取り込み速度が連続して増加され得る。この際、前記反応は、40℃〜70℃で行われてもよい。また、前記第1の金属原料物質の混合物に対する第2の金属原料物質の混合物の供給量および反応時間を調節することで、前駆体粒子のサイズを調節することができる。 Specifically, the rate of the mixture of the second metal source material added to the mixture of the first metal source material is continuously increased within the range of 1 to 30% with respect to the initial uptake rate. Can be done. Specifically, the uptake rate of the first metal source material mixture may be 150 ml/hr to 210 ml/hr, and the uptake rate of the second metal source material mixture may be 120 ml/hr to 180 ml. /Hr, and the uptake rate of the mixture of the second metal source materials may be continuously increased within the range of 1% to 30% with respect to the initial uptake rate within the uptake rate range. At this time, the reaction may be performed at 40°C to 70°C. In addition, the size of the precursor particles can be adjusted by adjusting the supply amount and the reaction time of the mixture of the second metal source material with respect to the mixture of the first metal source material.

前記ステップ2での金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子成長ステップは、ステップ1での金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子生成ステップより低いpHで実施されてもよく、具体的には、ステップ1でのpHより低い、pH8以上pH11未満、より具体的には、pH8〜10.5の範囲で実施されてもよい。 The step of growing the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles in step 2 may be performed at a lower pH than the step of forming the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles in step 1. Specifically, it may be carried out at a pH lower than that in step 1 and higher than or equal to pH 8 and lower than pH 11, and more specifically in the range of pH 8 to 10.5.

前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物粒子の成長ステップは、反応物のpHを時間当たりpH1〜2.5の速度に変化させて行われてもよい。このように共沈反応時に比べて低いpHで前記のようなpH変化速度で行われることで、所望の粒子構造を容易に形成することができる。 The step of growing the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles may be performed by changing the pH of the reaction product to a rate of pH 1 to 2.5 per hour. As described above, a desired particle structure can be easily formed by performing the reaction at a pH lower than that in the coprecipitation reaction at the above-described pH change rate.

また、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子が生成された反応溶液に対するアンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物の取り込みの際、同一速度で取り込んでもよく、または取り込み速度を連続して減少させて取り込んでもよい。取り込み速度を減少させて取り込む場合、20%以上100%未満の速度減少率で取り込み速度を減少させて取り込むことができる。 Further, when incorporating the ammonium cation-containing complex-forming agent and the basic compound into the reaction solution in which the particles of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide are formed, they may be incorporated at the same rate, or the incorporation rate may be continuous. You may reduce and take in. When capturing at a reduced capture rate, the capture rate can be reduced at a rate reduction rate of 20% or more and less than 100%.

前記のようにアンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物の取り込み速度と濃度、および反応温度を制御することで、粒子成長ステップでの金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の析出速度をステップ1での金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の析出速度より迅速にすることができる。結果、前駆体になる金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物粒子の外表面近所部の密度を低くして後続の熱処理工程時に粒子成長方向を容易に誘導することができる。 As described above, the deposition rate and concentration of the ammonium cation-containing complex forming agent and the basic compound, and the reaction temperature are controlled to control the deposition rate of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide in the particle growth step in Step 1. The deposition rate of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide can be faster than that of As a result, the density of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles serving as a precursor in the vicinity of the outer surface of the particles can be lowered to easily induce the particle growth direction during the subsequent heat treatment process.

また、前記ステップ2の工程は、不活性雰囲気下で実施されることが好ましい。 In addition, the step 2 is preferably performed in an inert atmosphere.

前記ステップ2の工程後、成長した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を反応溶液から分離した後、洗浄および乾燥する工程を選択的にさらに実施してもよい。 After the step of step 2, a step of separating the grown metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles from the reaction solution, and then washing and drying may be selectively performed.

前記乾燥工程は、通常の乾燥方法にしたがって実施されてもよく、具体的には、100℃〜120℃の温度範囲での加熱処理、熱風注入などの方法で実施されてもよい。 The drying step may be performed according to a usual drying method, and specifically, may be performed by a method such as heat treatment in a temperature range of 100° C. to 120° C. or hot air injection.

次に、前記正極活物質の製造のための製造方法において、ステップ3は、前記ステップ2で成長した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子をリチウム原料物質およびM3原料物質、選択的にM2原料物質と混合した後、熱処理することで、コア‐シェルの間に緩衝層が介在された構造を有する正極活物質を製造するステップである。この際、M2原料物質は、上述のとおりである。 Next, in the manufacturing method for manufacturing the positive electrode active material, in step 3, the particles of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide grown in step 2 are used as a lithium source material and an M3 source material, optionally. A step of manufacturing a positive electrode active material having a structure in which a buffer layer is interposed between a core and a shell by mixing the M2 raw material with a heat treatment. At this time, the M2 raw material is as described above.

前記熱処理工程は、250℃〜1000℃、あるいは800℃〜900℃で行われてもよい。熱処理温度が、250℃未満の場合には、使用する化合物間の反応が十分でなく、1000℃を超える場合には、結晶構造内のLiの蒸発によって不安定な構造が形成される恐れがある。 The heat treatment process may be performed at 250° C. to 1000° C., or 800° C. to 900° C. If the heat treatment temperature is less than 250° C., the reaction between the compounds used is not sufficient, and if it exceeds 1000° C., an unstable structure may be formed due to evaporation of Li in the crystal structure. ..

前記熱処理工程は、濃度勾配および粒子配向性の維持のために、低温熱処理工程を追加し、2〜3ステップの複数ステップで行われてもよい。具体的には、250〜450℃で5〜15時間、450〜600℃で5〜15時間、および700〜900℃で5〜15時間維持する方法で行われてもよい。 The heat treatment process may be performed in multiple steps of 2 to 3 by adding a low temperature heat treatment process in order to maintain the concentration gradient and the grain orientation. Specifically, it may be carried out by a method of maintaining at 250 to 450°C for 5 to 15 hours, at 450 to 600°C for 5 to 15 hours, and at 700 to 900°C for 5 to 15 hours.

前記熱処理工程を行う時間は、熱処理温度に応じて異なるが、上述の温度条件で5時間〜48時間、あるいは10時間〜20時間行われることが、粒子の形状を制御するために容易である。具体的には、熱処理の際、温度が5時間未満の場合には、結晶化が行われない恐れがあり、48時間を超える場合には、結晶化が過剰に生じるかまたは結晶構造内のLi蒸発によって不安定な構造が形成される恐れがある。 Although the time for performing the heat treatment step varies depending on the heat treatment temperature, it is easy to control the particle shape by performing the heat treatment step under the above-mentioned temperature conditions for 5 hours to 48 hours, or for 10 hours to 20 hours. Specifically, during the heat treatment, if the temperature is less than 5 hours, crystallization may not be performed, and if it exceeds 48 hours, excessive crystallization may occur or Li in the crystal structure may be generated. Evaporation can form an unstable structure.

前記ステップ1および2により生成、成長した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子は、その製造工程時の工程条件、すなわち、pHなどの差によって粒子の内部と、以降粒子成長によって形成された粒子外部の結晶が互いに異なる性質を有する。すなわち、pHが高い時に形成された内部の結晶は、前記のような熱処理工程の際に収縮し、低いpHおよび温度で形成された結晶は成長する。したがって、収縮した結晶はコアを形成し、外部に成長した結晶はシェルを形成し、かかるコアとシェルの形成によって前記コアとシェルとの間に空隙が形成され、且つコアとシェルとの間に位置する結晶は、粒子のコアとシェルを連結する三次元網目構造を形成する。また、前記粒子外部の結晶(シェル)は、粒子の中心から外部へ放射状に成長し、結晶配向性を有することになる。 The metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles generated and grown in Steps 1 and 2 are formed inside the particles due to the process conditions during the manufacturing process, that is, due to a difference in pH and the like, and thereafter by particle growth. The crystals outside the particles have different properties. That is, the internal crystal formed when the pH is high contracts during the heat treatment process described above, and the crystal formed at the low pH and temperature grows. Therefore, the contracted crystal forms a core, and the crystal grown outside forms a shell, and the formation of the core and the shell forms a void between the core and the shell, and between the core and the shell. The crystals located form a three-dimensional network that connects the core and shell of the particles. Further, the crystal (shell) outside the particle grows radially from the center of the particle to have crystal orientation.

前記リチウム含有原料物質としては、リチウム含有炭酸塩(例えば、炭酸リチウムなど)、水和物(例えば、水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)など)、水酸化物(例えば、水酸化リチウムなど)、硝酸塩(例えば、硝酸リチウム(LiNO)など)、塩化物(例えば、塩化リチウム(LiCl)など)などが挙げられ、これらの1種単独または2種以上の混合物が使用されてもよい。また、前記リチウム含有原料物質の使用量は、最終に製造されるリチウム複合金属酸化物でのリチウムと複合金属の含有量に応じて決定されてもよく、具体的には、リチウム原料物質内に含まれるリチウムと金属含有水酸化物内に含まれる金属元素(Me)とモル比(リチウム/金属元素(Me)のモル比)が1.0以上になるようにする量で使用されてもよい。 Examples of the lithium-containing raw material include lithium-containing carbonates (eg, lithium carbonate), hydrates (eg, lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O)), hydroxides (eg, water). Lithium oxide, etc., nitrates (eg, lithium nitrate (LiNO 3 ), etc.), chlorides (eg, lithium chloride (LiCl) etc.) and the like, and one of these may be used alone or a mixture of two or more thereof may be used. Good. Further, the amount of the lithium-containing raw material used may be determined according to the content of lithium and the composite metal in the finally produced lithium mixed metal oxide, specifically, in the lithium raw material It may be used in an amount such that the molar ratio (molar ratio of lithium/metal element (Me)) to the contained lithium and the metal element (Me) contained in the metal-containing hydroxide is 1.0 or more. ..

前記M3原料物質としては、M3元素を含む酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハライド、硫化物、水酸化物、酸化物またはオキシ水酸化物などが使用されてもよい。一例として、M3がWの場合、酸化タングステンが使用され得る。前記M3原料物質は、最終に製造される正極活物質でのM3元素の含有量条件を満たすようにする範囲で使用されてもよい。 As the M3 raw material, acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide containing M3 element may be used. As an example, when M3 is W, tungsten oxide may be used. The M3 raw material may be used in a range that satisfies the content condition of the M3 element in the finally manufactured positive electrode active material.

前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物と、リチウム含有原料物質の混合時に、焼結剤が選択的にさらに添加されてもよい。前記焼結剤は、具体的には、NHF、NHNO、または(NHSOのようなアンモニウムイオンを含有する化合物;BまたはBiのような金属酸化物;またはNiClまたはCaClのような金属ハロゲン化物などであってもよく、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。前記焼結剤は、正極活物質前駆体1モルに対して0.01〜0.2モルの含有量で使用されてもよい。前記焼結剤の含有量が0.01モル未満と低すぎる場合には、正極活物質前駆体の焼結特性向上の効果があまりなく、また焼結剤の含有量が0.2モルを超えて高すぎると、過量の焼結剤によって正極活物質としての性能が低下し、充放電の進行時に電池の初期容量が低下する恐れがある。 When the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide is mixed with the lithium-containing raw material, a sintering agent may be selectively added. Wherein the sintering Yuizai, specifically, NH 4 F, NH 4 NO 3, or (NH 4) a compound containing ammonium ions, such as 2 SO 4; such as B 2 O 3 or Bi 2 O 3 It may be a metal oxide; or a metal halide such as NiCl 2 or CaCl 2 , and any one or a mixture of two or more thereof may be used. The sintering agent may be used in an amount of 0.01 to 0.2 mol based on 1 mol of the positive electrode active material precursor. If the content of the sintering agent is too low, less than 0.01 mol, the effect of improving the sintering characteristics of the positive electrode active material precursor is not so great, and the content of the sintering agent exceeds 0.2 mol. If it is too high, the performance as the positive electrode active material may be deteriorated by the excessive amount of the sintering agent, and the initial capacity of the battery may be decreased during the progress of charging and discharging.

前記熱処理工程時に、焼結補助剤が選択的にさらに添加されてもよい。 A sintering aid may be selectively added during the heat treatment process.

焼結補助剤の添加時に低温で結晶を容易に成長させることができ、また、乾式混合時に不均一反応を最小化することができる。また、前記焼結補助剤は、リチウム複合金属酸化物1次粒子の角部分を鈍くして丸い曲線状の粒子にする効果がある。一般的に、マンガンを含むリチウム酸化物系正極活物質では、粒子の角部からマンガンの溶出が頻繁に生じ、かかるマンガンの溶出によって二次電池の特性、特に高温時の寿命特性が減少する。これに対し、焼結補助剤を使用する場合、1次粒子の角を丸くすることで、マンガンの溶出部位を減少させることができ、結果、二次電池の安定性および寿命特性を向上させることができる。 Crystals can be easily grown at low temperature when a sintering aid is added, and heterogeneous reactions can be minimized during dry mixing. Further, the sintering aid has the effect of blunting the corner portions of the lithium composite metal oxide primary particles to form round curved particles. Generally, in a lithium oxide-based positive electrode active material containing manganese, manganese is frequently eluted from the corners of the particles, and the elution of manganese reduces the characteristics of the secondary battery, particularly the life characteristics at high temperatures. On the other hand, when a sintering aid is used, by rounding the corners of the primary particles, the elution site of manganese can be reduced, and as a result, the stability and life characteristics of the secondary battery can be improved. You can

具体的には、前記焼結補助剤は、ホウ酸、四ホウ酸リチウム、酸化ホウ素およびホウ酸アンモニウムなどのホウ素化合物;酸化コバルト(II)、酸化コバルト(III)、酸化コバルト(IV)および四酸化三コバルトなどのコバルト化合物;酸化バナジウムなどのバナジウム化合物;酸化ランタンなどのランタン化合物;ホウ化ジルコニウム、ケイ酸カルシウムジルコニウムおよび酸化ジルコニウムなどのジルコニウム化合物;酸化イットリウムなどのイットリウム化合物;または酸化ガリウムなどのガリウム化合物などが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。 Specifically, the sintering aid is a boron compound such as boric acid, lithium tetraborate, boric oxide and ammonium borate; cobalt (II) oxide, cobalt (III) oxide, cobalt (IV) oxide and tetraborate. Cobalt compounds such as tricobalt oxide; vanadium compounds such as vanadium oxide; lanthanum compounds such as lanthanum oxide; zirconium compounds such as zirconium boride, calcium zirconium silicate and zirconium oxide; yttrium compounds such as yttrium oxide; or gallium oxide, etc. Examples thereof include gallium compounds, and any one of these compounds or a mixture of two or more thereof may be used.

前記焼結補助剤は、前駆体の全重量に対して0.2重量部〜2重量部、より具体的には、0.4重量部〜1.4重量部の量で使用されてもよい。 The sintering aid may be used in an amount of 0.2 to 2 parts by weight, more specifically 0.4 to 1.4 parts by weight, based on the total weight of the precursor. ..

また、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物と、リチウム含有原料物質の混合時に、水分除去剤が選択的にさらに添加されてもよい。具体的には、前記水分除去剤としては、クエン酸、スズ酸、グリコール酸またはマレイン酸などが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。前記水分除去剤は、正極活物質前駆体1モルに対して0.01〜0.2モルの含有量で使用されてもよい。 Further, when the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide and the lithium-containing raw material are mixed, a moisture removing agent may be selectively further added. Specifically, examples of the water removing agent include citric acid, stannic acid, glycolic acid, and maleic acid, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. The water removing agent may be used in an amount of 0.01 to 0.2 mol based on 1 mol of the positive electrode active material precursor.

また、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子と、リチウム原料物質、M3原料物質および選択的にM2原料物質を含む混合物に対する熱処理工程は、空気雰囲気または酸化雰囲気(例えば、Oなど)で可能であり、より具体的には、酸化雰囲気下で行われてもよい。 In addition, the heat treatment process for the mixture containing the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles and the lithium source material, the M3 source material, and optionally the M2 source material may be performed in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere (for example, O 2 or the like). ) Is possible, and more specifically, it may be performed in an oxidizing atmosphere.

一方、前記熱処理工程後に製造された正極活物質に対して、表面に存在する不純物を除去するための水洗工程が選択的にさらに実施されてもよい。 Meanwhile, a water washing process for removing impurities existing on the surface may be selectively further performed on the positive electrode active material manufactured after the heat treatment process.

前記水洗工程は、通常の方法により行われてもよく、具体的には、水または炭素数1〜4の低級アルコールを用いた洗浄によって行われてもよい。 The water washing step may be performed by a usual method, and specifically, may be performed by washing with water or a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms.

本発明の一実施形態に係る正極活物質の製造方法は、前記リチウム複合金属酸化物を含む正極活物質の製造工程後、正極活物質の表面上に表面処理層を形成するステップをさらに含んでもよい。 The method for manufacturing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention may further include a step of forming a surface treatment layer on the surface of the positive electrode active material after the manufacturing process of the positive electrode active material containing the lithium mixed metal oxide. Good.

前記表面処理層の形成工程は、表面処理層形成用コーティング元素含有原料物質を使用する以外は、固相合成法または湿式法など、通常の表面処理層形成方法にしたがって行われてもよい。また、前記コーティング元素は、上述のとおりである。 The step of forming the surface treatment layer may be performed according to a usual method for forming the surface treatment layer, such as a solid phase synthesis method or a wet method, except that the raw material containing the coating element for forming the surface treatment layer is used. The coating element is as described above.

具体的には、固相合成法を用いる場合、製造した正極活物質とホウ素含有化合物を乾式混合してから熱処理することで、正極活物質の表面上にコーティング元素含有化合物を含む表面処理層を形成することができる。このように固相合成法によって表面処理層を形成する場合、正極活物質に対する損傷の恐れなく、均一な表面処理層を形成することができる。 Specifically, when the solid phase synthesis method is used, a surface treatment layer containing a coating element-containing compound is formed on the surface of the positive electrode active material by dry-mixing the produced positive electrode active material and the boron-containing compound and then heat-treating them. Can be formed. When the surface treatment layer is formed by the solid phase synthesis method as described above, a uniform surface treatment layer can be formed without fear of damage to the positive electrode active material.

一例として、前記コーティング元素がホウ素(B)の場合、前記ホウ素含有化合物は、具体的には、ホウ素含有酸化物、水酸化物、アルコキシ化物またはアキル化物などであっておよい。より具体的には、HBO、B、CB(OH)、(CO)B、[CH(CH30B、Cまたは(CO)Bなどであってもよく、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。 As an example, when the coating element is boron (B), the boron-containing compound may be, specifically, a boron-containing oxide, a hydroxide, an alkoxide or an acryl compound. More specifically, H 3 BO 3, B 2 O 3, C 6 H 5 B (OH) 2, (C 6 H 5 O) 3 B, [CH 3 (CH 2) 30] 3 B, C 3 For example, H 9 B 3 O 6 or (C 3 H 7 O) 3 B may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

前記ホウ素含有化合物の使用量は、上述の最終に製造される表面処理層内のホウ素の含有量またはホウ素リチウム酸化物の含有量を考慮した適切な含有量で使用されてもよい。具体的には、前記ホウ素含有化合物は、前記正極活物質100重量部に対して0.05重量部〜1重量部、より具体的には0.1重量部〜0.8重量部で使用されてもよい。 The amount of the boron-containing compound used may be an appropriate amount in consideration of the content of boron or the content of boron lithium oxide in the finally manufactured surface treatment layer. Specifically, the boron-containing compound is used in an amount of 0.05 to 1 part by weight, more specifically 0.1 to 0.8 part by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. May be.

また、前記乾式混合方法は、モルタルを用いたモルタルグラインダー混合(mortar grinder mixing)法;またはロールミル(roll‐mill)、ボールミル(ball‐mill)、高エネルギーボールミル(high energy ball mill)、遊星ミル(planetary mill)、攪拌ボールミル(stirred ball mill)、振動ミル(vibrating mill)またはジェットミル(jet‐mill)などの機械的ミリング法を用いた混合法を用いて行われてもよく、均一な表面処理層の形成を考慮すると、前記乾式混合方法は、より具体的には、機械的ミリング法を用いて行われてもよい。 The dry mixing method is a mortar grinder mixing method using mortar; or a roll mill, a ball mill, a high energy ball mill, and a planetary mill. A uniform surface treatment may be performed using a mixing method using a mechanical milling method such as a planetary mill, a stirred ball mill, a vibrating mill, or a jet-mill. Considering the formation of layers, the dry mixing method may more specifically be performed using a mechanical milling method.

前記熱処理は、ホウ素含有化合物の融点付近で行われてもよい。例えば、前記ホウ素含有化合物の融点は、130℃〜500℃であってもよい。上述の温度範囲でホウ素含有化合物の熱処理を行うと、前記熱処理によってホウ素含有化合物が溶融されて流れることで、リチウム複合金属酸化物上に存在するリチウム不純物のうち少なくとも一部と反応して、ホウ素含有化合物がホウ素リチウム酸化物に容易に転換され、リチウム金属酸化物の表面にコーティングされ得る。このように、前記リチウム不純物のホウ素リチウム酸化物への転換によって、リチウム複合金属酸化物上に存在するリチウム不純物を減少させることができる。また、低い熱処理温度でもホウ素含有化合物の使用量に比例する量で、リチウム複合金属酸化物の表面にホウ素リチウム酸化物が均一に塗布された表面処理層を形成することもできる。 The heat treatment may be performed near the melting point of the boron-containing compound. For example, the melting point of the boron-containing compound may be 130°C to 500°C. When the heat treatment of the boron-containing compound is carried out in the above-mentioned temperature range, the boron-containing compound is melted and flows by the heat treatment, reacting with at least a part of lithium impurities present on the lithium mixed metal oxide, and boron. The containing compound can be easily converted to boron lithium oxide and coated on the surface of the lithium metal oxide. As described above, the conversion of the lithium impurities into boron lithium oxide can reduce the amount of lithium impurities existing on the lithium mixed metal oxide. It is also possible to form a surface-treated layer in which boron lithium oxide is uniformly applied to the surface of the lithium mixed metal oxide in an amount proportional to the amount of the boron-containing compound used even at a low heat treatment temperature.

より具体的には、前記ホウ素含有化合物の熱処理は、130℃〜500℃、さらに具体的には、130℃〜500℃で、3時間〜10時間行われてもよい。熱処理温度が130℃未満の場合には、ホウ素含有化合物が十分に溶融されず、リチウム複合金属酸化物上にホウ素含有化合物がそのまま残っているか、ホウ素リチウム酸化物に転換されても均一な表面処理層を形成することができず、500℃を超える場合には、高い温度によって反応が過剰に迅速に行われ、リチウム複合金属酸化物の表面に均一な表面処理層を形成することができない。 More specifically, the heat treatment of the boron-containing compound may be performed at 130° C. to 500° C., more specifically at 130° C. to 500° C., for 3 hours to 10 hours. When the heat treatment temperature is lower than 130° C., the boron-containing compound is not sufficiently melted and the boron-containing compound remains as it is on the lithium mixed metal oxide, or even if it is converted to boron lithium oxide, a uniform surface treatment is performed. If the layer cannot be formed and the temperature is higher than 500° C., the reaction is excessively rapid due to the high temperature, and a uniform surface treatment layer cannot be formed on the surface of the lithium mixed metal oxide.

また、前記表面処理層がアルミニウムを含む場合、製造した正極活物質をアルミニウム含有原料物質と混合した後、熱処理することで、正極活物質の表面上に表面処理層を形成することができる。この際、アルミニウム含有原料物質は、Alなどであってもよく、表面処理層の形成時に均一なコーティングが可能であり、低い温度でも単一粒子の形成が可能であり、また、表面処理層の形成後には形成された金属酸化物の結晶構造の変化が抑制され得るように、100nm以下、より具体的には50〜80nmの平均粒径を有するものであってもよい。 When the surface treatment layer contains aluminum, the surface treatment layer can be formed on the surface of the positive electrode active material by mixing the manufactured positive electrode active material with the aluminum-containing raw material and then performing heat treatment. At this time, the aluminum-containing raw material may be Al 2 O 3, etc., which enables uniform coating at the time of forming the surface treatment layer, can form single particles even at a low temperature, and It may have an average particle size of 100 nm or less, more specifically 50 to 80 nm, so that the change in the crystal structure of the formed metal oxide can be suppressed after the formation of the treatment layer.

前記アルミニウム含有化合物の熱処理は、300℃〜500℃で行われてもよい。熱処理温度が300℃未満の場合には、100nm以下のコーティングされた酸化物でも結晶化しないため、この活物質を電池に適用すると、リチウムイオンの移動が妨げられ得る。また、熱処理温度がより高いと、リチウムの蒸発が生じ、表面に形成された金属酸化物層の結晶度が高くなり、Liの移動に問題が生じる。また、熱処理時間が過剰に長いと、リチウムの蒸発が生じ、表面に形成された金属酸化物層の結晶度が高くなり、Liの移動に問題が生じる恐れがある。 The heat treatment of the aluminum-containing compound may be performed at 300°C to 500°C. When the heat treatment temperature is lower than 300° C., even a coated oxide having a thickness of 100 nm or less does not crystallize, so that when this active material is applied to a battery, migration of lithium ions can be hindered. Further, if the heat treatment temperature is higher, the evaporation of lithium occurs, the crystallinity of the metal oxide layer formed on the surface increases, and a problem occurs in the movement of Li + . In addition, when the heat treatment time is excessively long, evaporation of lithium occurs, the crystallinity of the metal oxide layer formed on the surface becomes high, and a problem may occur in the movement of Li + .

一方、湿式法を用いる場合、表面処理層形成用コーティング元素含有原料物質を溶媒中に溶解または分散させて表面処理層形成用組成物を製造した後、これを通常のスラリーコーティング法、具体的には、塗布、噴霧または浸漬などの方法を用いて正極活物質の表面を処理し、乾燥することで、表面処理層を形成してもよい。 On the other hand, in the case of using the wet method, the coating material containing a coating element for forming a surface treatment layer is dissolved or dispersed in a solvent to produce a composition for forming a surface treatment layer, which is then subjected to an ordinary slurry coating method, specifically The surface-treated layer may be formed by treating the surface of the positive electrode active material using a method such as coating, spraying or dipping and then drying.

この際、前記コーティング元素含有原料物質は、前記で定義したとおりであり、前記溶媒は、原料物質の種類に応じて適宜選択されてもよく、前記原料物質を溶解または均一に分散させることができるものであれば、特に制限なく使用可能である。 At this time, the coating element-containing raw material is as defined above, the solvent may be appropriately selected depending on the type of the raw material, and the raw material can be dissolved or uniformly dispersed. Any material can be used without particular limitation.

前記表面処理層形成工程は、1回実施されてもよく、または正極活物質の表面に2層以上の多層構造の表面処理層が形成され得るように、2回以上実施されてもよい。具体的には、正極活物質に対するホウ素含有原料物質を用いた1次表面処理の後、結果の第1の表面処理層形成正極物質に対して、アルミニウム含有原料物質を用いた二次表面処理工程が行われてもよい。 The surface treatment layer forming step may be performed once, or may be performed twice or more so that a surface treatment layer having a multilayer structure of two or more layers can be formed on the surface of the positive electrode active material. Specifically, after the primary surface treatment with the boron-containing raw material for the positive electrode active material, the secondary surface treatment step with the aluminum-containing raw material for the resulting first surface treatment layer forming positive electrode material. May be performed.

上述の製造方法により製造された正極活物質は、反応物のpH、濃度および速度を制御して、コアとシェルとの間に設けられた空隙を含む緩衝層を含むことで、電極製造工程での圧延時に活物質の破壊を最小化し、電解液との反応性を極大化し、また、シェルを形成する粒子がリチウムイオンの挿入および脱離が容易な配向の結晶構造を有することから、二次電池の抵抗減少および寿命特性の向上を図ることができる。また、前記正極活物質は、比表面積と平均粒径および比表面積がともに制御されることで、電池容量特性をより改善することができ、さらに、活物質粒子の全体にわたり遷移金属の分布が制御される場合には、電池適用時に高容量、高寿命および熱安定性を示し、且つ高電圧時に性能の劣化を最小化することができる。 The positive electrode active material produced by the above-described production method controls the pH, concentration, and rate of the reaction product, and includes a buffer layer including voids provided between the core and the shell, so that the positive electrode active material can be used in the electrode production process. The destruction of the active material during rolling is minimized, the reactivity with the electrolyte is maximized, and the particles forming the shell have a crystal structure with an orientation that facilitates insertion and desorption of lithium ions. It is possible to reduce the resistance of the battery and improve the life characteristics. Further, in the positive electrode active material, the specific surface area, the average particle diameter, and the specific surface area are both controlled, so that the battery capacity characteristics can be further improved, and further, the distribution of the transition metal is controlled over the entire active material particles. If so, it exhibits high capacity, long life and thermal stability when applied to a battery, and can minimize performance deterioration at high voltage.

したがって、本発明のさらに他の一実施形態によると、上述の正極活物質を含む正極およびリチウム二次電池を提供する。 Therefore, according to still another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode active material described above.

具体的には、前記正極は、正極集電体および前記正極集電体上に形成され、上述の正極活物質を含む正極活物質層を含む。 Specifically, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including the positive electrode active material described above.

前記正極集電体は、電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば、特に制限されず、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素またはアルミニウムやステンレス鋼の表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理を施したものなどが使用されてもよい。また、前記正極集電体は、通常、3〜500μmの厚さを有してもよく、前記集電体の表面上に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもできる。例えば、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など、様々な形態で使用されてもよい。 The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without inducing a chemical change in the battery, and is, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon or aluminum or stainless steel. Those whose surface is subjected to surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. In addition, the positive electrode current collector may have a thickness of 3 to 500 μm, and fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesive strength of the positive electrode active material. .. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foamed body, and a non-woven body.

また、前記正極活物質層は、上述の正極活物質とともに、導電材およびバインダーを含んでもよい。 In addition, the positive electrode active material layer may include a conductive material and a binder in addition to the above positive electrode active material.

この際、前記導電材は、電極に導電性を与えるために使用されるものであり、構成される電池において、化学変化を起こさず、電子伝導性を有するものであれば、特に制限なく使用可能である。具体例としては、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サマーブラック、炭素繊維などの炭素系物質;銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;またはポリフェニレン誘導体などの伝導性高分子などが挙げられ、これらの1種単独または2種以上の混合物が使用されてもよい。前記導電材は、通常、正極活物質層の全重量に対して1〜30重量%含まれてもよい。 At this time, the conductive material is used to give conductivity to the electrodes, and can be used without particular limitation as long as it does not cause a chemical change and has electronic conductivity in the constructed battery. Is. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based substances such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, carbon fiber; copper, nickel, aluminum, Examples include metal powders or metal fibers such as silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and one of these alone. Alternatively, a mixture of two or more kinds may be used. The conductive material may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

また、前記バインダーは、正極活物質粒子同士の付着および正極活物質と集電体との接着力を向上させる役割をする。具体例としては、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ビニリデンフルオライド‐ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF‐co‐HFP)、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレン‐ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化‐EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、またはこれらの様々なコポリマーなどが挙げられ、これらの1種単独または2種以上の混合物が使用されてもよい。前記バインダーは、正極活物質層の全重量に対して1〜30重量%含まれ得る。 In addition, the binder plays a role of improving adhesion between particles of the positive electrode active material and adhesion between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, Regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and the like, One of these may be used alone, or a mixture of two or more may be used. The binder may be included in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer.

前記正極は、上述の正極活物質を用いる以外は、通常の正極の製造方法にしたがって製造されてもよい。具体的には、上述の正極活物質、および選択的に、バインダーおよび導電材を含む正極活物質層形成用組成物を正極集電体上に塗布した後、乾燥および圧延することで製造されてもよい。この際、前記正極活物質、バインダー、導電材の種類および含有量は、上述のとおりである。 The positive electrode may be manufactured according to a general method for manufacturing a positive electrode, except that the above-mentioned positive electrode active material is used. Specifically, the positive electrode active material described above, and, optionally, a positive electrode active material layer-forming composition containing a binder and a conductive material is applied on a positive electrode current collector, and then produced by drying and rolling. Good. At this time, the types and contents of the positive electrode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

前記溶媒としては、当該技術分野において一般的に使用される溶媒であってもよく、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide、DMSO)、イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol)、N‐メチルピロリドン(NMP)、アセトン(acetone)または水などが挙げられ、これらの1種単独または2種以上の混合物が使用されてもよい。前記溶媒の使用量は、スラリーの塗布厚さ、製造歩留まりを考慮して、前記正極活物質、導電材およびバインダーを溶解または分散させ、以降、正極の製造のための塗布時に、優れた厚さ均一度を示す粘度を有するようにする程度であれば十分である。 The solvent may be a solvent generally used in the art, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone). Alternatively, water or the like may be used, and one type of these may be used alone or a mixture of two or more types may be used. The amount of the solvent used is, in consideration of the coating thickness of the slurry and the manufacturing yield, dissolving or dispersing the positive electrode active material, the conductive material and the binder, and thereafter, at the time of coating for manufacturing the positive electrode, an excellent thickness. It suffices that the viscosity has a homogeneity.

また、他の方法として、前記正極は、前記正極活物質層形成用組成物を別の支持体上にキャスティングした後、この支持体から剥離して得られたフィルムを正極集電体上にラミネートすることで製造されてもよい。 Further, as another method, the positive electrode is formed by casting the composition for forming a positive electrode active material layer on another support, and then peeling the film from the support to laminate a film obtained on the positive electrode current collector. It may be manufactured by

本発明のさらに他の一実施形態によると、前記正極を含む電気化学素子が提供される。前記電気化学素子は、具体的には、電池またはキャパシタなどであってもよく、より具体的には、リチウム二次電池であってもよい。 According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical device including the positive electrode. The electrochemical device may be, for example, a battery or a capacitor, or more specifically, a lithium secondary battery.

前記リチウム二次電池は、具体的には、正極と、前記正極と対向して位置する負極と、前記正極と負極との間に介在されるセパレータと、電解質とを含み、前記正極は、上述のとおりである。また、前記リチウム二次電池は、前記正極、負極、セパレータの電極組立体を収納する電池容器、および前記電池容器をシールするシール部材を選択的にさらに含んでもよい。 Specifically, the lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, and the positive electrode is the above-mentioned. It is as follows. Further, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and a separator, and a seal member for sealing the battery container.

前記リチウム二次電池において、前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に位置する負極活物質層とを含む。 In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer located on the negative electrode current collector.

前記負極集電体は、電池に化学的変化を誘発することなく、高い導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレス鋼の表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理を施したもの、アルミニウム‐カドミウム合金などが使用されてもよい。また、前記負極集電体は、通常、3〜500μmの厚さを有してもよく、正極集電体と同様、前記集電体の表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもできる。例えば、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など様々な形態で使用されてもよい。 The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without inducing a chemical change in the battery, and examples thereof include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, and firing. Carbon, copper or stainless steel whose surface is subjected to surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver or the like, or aluminum-cadmium alloy may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of 3 to 500 μm, and like the positive electrode current collector, fine unevenness is formed on the surface of the current collector to bond the negative electrode active material. You can also strengthen your power. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam and a non-woven fabric.

前記負極活物質層は、負極活物質とともに、選択的にバインダーおよび導電材を含む。前記負極活物質層は、一例として、負極集電体上に負極活物質、および選択的にバインダーおよび導電材を含む負極形成用組成物を塗布し乾燥するか、または前記負極形成用組成物を別の支持体上にキャスティングした後、この支持体から剥離して得られたフィルムを負極集電体上にラミネートすることで製造されてもよい。 The negative electrode active material layer selectively contains a binder and a conductive material together with the negative electrode active material. The negative electrode active material layer, as an example, a negative electrode active material on the negative electrode current collector, and selectively apply a negative electrode forming composition containing a binder and a conductive material and dried, or the negative electrode forming composition. It may be manufactured by casting on another support and then peeling the film obtained from this support and laminating the resulting film on the negative electrode current collector.

前記負極活物質としては、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物が使用されてもよい。具体例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素などの炭素質材料;Si、Al、Sn、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金またはAl合金など、リチウムとの合金化が可能な金属質化合物;SiO(0<x<2)、SnO、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物のようにリチウムをドープおよび脱ドープすることができる金属酸化物;またはSi‐C複合体またはSn‐C複合体科のように前記金属質化合物と炭素質材料を含む複合物などが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用されてもよい。また、前記負極活物質としては、金属リチウム薄膜が使用されてもよい。また、炭素材料は、低結晶炭素および高結晶性炭素などがいずれも使用されてもよい。低結晶性炭素としては、軟化炭素(soft carbon)および硬化炭素(hard carbon)が代表的であり、高結晶性炭素としては、無定形、板状、鱗片状、球状または繊維状の天然黒鉛または人造黒鉛、キッシュ黒鉛(Kish graphite)、熱分解炭素(pyrolytic carbon)、メソフェーズ系炭素繊維(mesophase pitch based carbon fiber)、メソカーボンマイクロビーズ(meso‐carbon microbeads)、メソフェーズ(Mesophase pitches)および石油や石炭系コークス(petroleum or coal tar pitch derived cokes)などの高温焼成炭素が代表的である。 A compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium may be used as the negative electrode active material. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloys, Sn. Metallic compounds capable of alloying with lithium, such as alloys or Al alloys; Doping and dedoping with lithium such as SiO x (0<x<2), SnO 2 , vanadium oxide, lithium vanadium oxide A metal oxide capable of forming a metal oxide; or a composite including the above-mentioned metallic compound and a carbonaceous material, such as a Si-C composite or a Sn-C composite family. Mixtures may be used. In addition, a metallic lithium thin film may be used as the negative electrode active material. Further, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. The low crystalline carbon is typified by soft carbon and hard carbon, and the high crystalline carbon is amorphous, platy, scaly, spherical or fibrous natural graphite or Artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, mesocarbon microbeadsph and coal, and mesophase. Typical examples are high-temperature calcined carbon such as petroleum or coal tar pitch delivered cokes.

また、前記バインダーおよび導電材は、前記正極において説明したとおりである。 Moreover, the binder and the conductive material are as described for the positive electrode.

一方、前記リチウム二次電池において、セパレータは、負極と正極を分離し、リチウムイオンの移動通路を提供するものであり、通常、リチウム二次電池においてセパレータとして使用されるものであれば、特に制限なく使用可能であり、特に、電解質のイオン移動に対して低抵抗で電解液含湿能に優れたものが好ましい。具体的には、多孔性高分子フィルム、例えば、エチレンホモポリマー、プロピレンホモポリマー、エチレン/ブテンコポリマー、エチレン/ヘキセンコポリマーおよびエチレン/メタクリレートコポリマーなどのポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムまたはこれらの2層以上の積層構造体が使用されてもよい。また、通常の多孔性不織布、例えば、高融点のガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などからなる不織布が使用されてもよい。また、耐熱性または機械的強度を確保するために、セラミック成分または高分子物質が含まれたコーティングされたセパレータが使用されてもよく、選択的には、単層または多層構造で使用されてもよい。 On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a migration path for lithium ions. Usually, the separator is not particularly limited as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery. It can be used without any use, and it is particularly preferable that it has a low resistance to the movement of ions of the electrolyte and is excellent in the wettability of the electrolytic solution. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film produced from a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer and ethylene/methacrylate copolymer, or A laminated structure having two or more layers of these may be used. Further, a usual porous non-woven fabric, for example, a non-woven fabric composed of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber or the like may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used, and optionally, a single layer or a multi-layer structure may be used. Good.

また、本発明において使用される電解質としては、リチウム二次電池の製造時に使用可能な有機系液体電解質、無機系液体電解質、固体高分子電解質、ゲル状高分子電解質、固体無機電解質、溶融型無機電解質などが挙げられ、これらに限定されるものではない。 Further, as the electrolyte used in the present invention, an organic liquid electrolyte that can be used during the production of a lithium secondary battery, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic Examples thereof include electrolytes and the like, but are not limited thereto.

具体的には、前記電解質は、有機溶媒およびリチウム塩を含んでもよい。 Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

前記有機溶媒としては、電池の電気化学的反応に関わるイオンを移動可能にする媒質の役割を果たすものであれば、特に制限なく使用可能である。具体的には、前記有機溶媒としては、メチルアセテート(methyl acetate)、エチルアセテート(ethyl acetate)、γ‐ブチロラクトン(γ‐butyrolactone)、ε‐カプロラクトン(ε‐caprolactone)などのエステル系溶媒;ジブチルエーテル(dibutyl ether)またはテトラヒドロフラン(tetrahydrofuran)などのエーテル系溶媒;シクロヘキサノン(cyclohexanone)などのケトン系溶媒;ベンゼン(benzene)、フルオロベンゼン(fluorobenzene)などの芳香族炭化水素系溶媒;ジメチルカーボネート(dimethylcarbonate、DMC)、ジエチルカーボネート(diethylcarbonate、DEC)、メチルエチルカーボネート(methylethylcarbonate、MEC)、エチルメチルカーボネート(ethylmethylcarbonate、EMC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate、EC)、プロピレンカーボネート(propylene carbonate、PC)などのカーボネート系溶媒;エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒;R‐CN(Rは、C2〜C20の直鎖状、分岐状または環構造の炭化水素基であり、二重結合芳香環またはエーテル結合を含んでもよい)などのニトリル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;1,3‐ジオキソランなどのジオキソラン類;またはスルホラン(sulfolane)類などが使用されてもよい。この中でもカーボネート系溶媒が好ましく、電池の充放電性能を高めることができる高いイオン伝導度および高誘電率を有する環状カーボネート(例えば、エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートなど)と、底粘度の鎖状カーボネート系化合物(例えば、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートなど)の混合物がより好ましい。この場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートは、約1:1〜約1:9の体積比で混合して使用したときに、電解液が優れた性能を示すことができる。 The organic solvent can be used without particular limitation as long as it plays a role of a medium that allows ions involved in the electrochemical reaction of the battery to move. Specifically, examples of the organic solvent include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; dibutyl ether. Ether solvents such as (dibutyl ether) or tetrahydrofuran (tetrahydrofuran); ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethyl carbonate (dimethylcarbonate). ), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (polyethylene carbonate, etc.), propylene carbonate, etc. An alcohol solvent such as ethanol or isopropyl alcohol; R—CN (R is a C2-C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, and may contain a double bond aromatic ring or an ether bond; ) And the like; amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; or sulfolanes and the like may be used. Among these, carbonate solvents are preferable, and cyclic carbonates having high ionic conductivity and high dielectric constant (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) capable of enhancing the charge/discharge performance of the battery, and chain carbonate compounds having a bottom viscosity More preferred is a mixture of (eg ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate etc.). In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed and used in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolytic solution can exhibit excellent performance.

前記リチウム塩は、リチウム二次電池において使用されるリチウムイオンを提供することができる化合物であれば、特に制限なく使用可能である。具体的には、前記リチウム塩は、LiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiCFSO、LiCSO、LiN(CSO、LiN(CSO、LiN(CFSO・LiCl、LiI、またはLiB(Cなどが使用されてもよい。前記リチウム塩の濃度は、0.1〜2.0Mの範囲内で使用することが好ましい。リチウム塩の濃度が前記範囲に含まれると、電解質が適切な伝導度および粘度を有することから、優れた電解質性能を示すことができ、リチウムイオンが効果的に移動することができる。 The lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt, LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiN (C 2 F 5 SO 3) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2 · LiCl, LiI , or LiB (C 2 O 4), etc. 2 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so that excellent electrolyte performance can be exhibited and lithium ions can effectively move.

前記電解質には、前記電解質構成成分の他にも、電池の寿命特性の向上、電池の容量減少の抑制、電池の放電容量の向上などを目的として、例えば、ジフルオロエチレンカーボネートなどのハロアルキレンカーボネート系化合物、ピリジン、亜リン酸トリエチル、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n‐グライム(glyme)、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N‐置換オキサゾリジノン、N,N‐置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、2‐メトキシエタノールまたは塩化アルミニウム(III)などの添加剤が1種以上さらに含まれてもよい。この際、前記添加剤は、電解質の全重量に対して0.1〜5重量%で含まれてもよい。 In addition to the electrolyte constituents, the electrolyte includes, for example, a haloalkylene carbonate-based compound such as difluoroethylene carbonate for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity decrease, and improving battery discharge capacity. Compound, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme (glyme), hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, One or more additives such as ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum (III) chloride may be further included. At this time, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5 wt% based on the total weight of the electrolyte.

前記のように本発明に係る正極活物質を含むリチウム二次電池は、優れた放電容量、出力特性および容量維持率を安定して示すことから、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラなどの携帯用機器、およびハイブリッド電気自動車(hybrid electric vehicle、HEV)などの電気自動車分野などにおいて有用である。 As described above, the lithium secondary battery containing the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and capacity retention rate, and is therefore suitable for portable use in mobile phones, notebook computers, digital cameras, etc. It is useful in the field of electric vehicles such as equipment and hybrid electric vehicles (HEV).

これにより、本発明の他の一実施形態によると、前記リチウム二次電池を単位セルとして含む電池モジュールおよびこれを含む電池パックが提供される。 Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

前記電池モジュールまたは電池パックは、パワーツール(Power Tool);電気自動車(Electric Vehicle、EV)、ハイブリッド電気自動車、およびプラグインハイブリッド電気自動車(Plug‐in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)を含む電気自動車;または電力貯蔵用システムのいずれか一つ以上の中大型デバイス電源として用いられ得る。 The battery module or battery pack is a power tool; an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); or Any one or more of the power storage systems may be used as a power source for medium and large-sized devices.

<実施例>
以下、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な相違する形態に実現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されない。
<Example>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily carry out the invention. However, the invention may be embodied in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

[実施例1:正極活物質の製造]
60℃に設定された回分式バッチ(batch)型5L反応器にて、硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンを水の中で80:10:10のモル比で混合し、2M濃度の第1の金属原料物質の混合溶液を準備した。これとは別に、硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンを水の中で40:30:30のモル比で混合し、2M濃度の第2の金属原料物質の混合溶液を準備した。第1の金属原料物質の混合溶液で満たされている容器は反応器に入るように連結し、第2の金属原料物質の混合溶液で満たされている容器は、第1の金属原料物質の混合溶液で満たされた容器に入るように連結した。さらに、4M NaOH溶液と7%濃度のNHOH水溶液を準備し、それぞれ反応器に連結した。
[Example 1: Production of positive electrode active material]
In a batch type 5 L reactor set at 60° C., nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were mixed in water at a molar ratio of 80:10:10 to prepare a 2M first mixture. A mixed solution of metal source materials was prepared. Separately from this, nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were mixed in water at a molar ratio of 40:30:30 to prepare a mixed solution of a 2M second metal source material. The container filled with the mixed solution of the first metal source material is connected so as to enter the reactor, and the container filled with the mixed solution of the second metal source material is the mixture of the first metal source material. It was connected to enter a container filled with the solution. Furthermore, a 4M NaOH solution and a 7% NH 4 OH aqueous solution were prepared, and each was connected to a reactor.

共沈反応器(容量5L)に脱イオン水3リットルを入れた後、窒素ガスを反応器に2リットル/分の速度でパージして水の中の溶存酸素を除去し、反応器内を非酸化雰囲気にした。次に、4M NaOHを100ml取り込んだ後、60℃の温度で1200rpmの攪拌速度でpH12.0になるように維持した。 After putting 3 liters of deionized water into the coprecipitation reactor (capacity: 5 L), nitrogen gas was purged into the reactor at a rate of 2 liters/minute to remove dissolved oxygen in the water, and The atmosphere was oxidizing. Then, after taking up 100 ml of 4 M NaOH, the pH was maintained at 12.0 at a stirring speed of 1200 rpm at a temperature of 60°C.

次に、前記第1の金属原料物質の混合溶液を180ml/hr、NaOH水溶液を180ml/hr、NHOH水溶液を10ml/hrの速度でそれぞれ取り込み、pH12で30分間反応させて第1の金属原料物質の混合溶液の水酸化物のシードを形成した。次に、NaOHおよびNHOHの量を徐々に減少させて時間当たりpH2の速度でpHを下げ、pHを10に変化させるとともに第2の金属原料物質の混合溶液を第1の金属原料物質の混合溶液の容器に150ml/hrで取り込み、水酸化物粒子の成長を誘導し、且つ粒子の内部に濃度勾配が生じるように誘導した。次に、36時間反応を維持して金属含有水酸化物粒子を成長させた。結果として形成された金属含有水酸化物の粒子を分離して水洗した後、120℃のオーブンで乾燥した。 Next, the mixed solution of the first metal source material was taken in at a rate of 180 ml/hr, the NaOH aqueous solution at 180 ml/hr, and the NH 4 OH aqueous solution at a rate of 10 ml/hr, respectively, and reacted at pH 12 for 30 minutes to react the first metal. A hydroxide seed of a mixed solution of raw materials was formed. Next, the amounts of NaOH and NH 4 OH are gradually reduced to lower the pH at a rate of pH 2 per hour, the pH is changed to 10, and the mixed solution of the second metal raw material is mixed with the first metal raw material. The mixed solution was introduced into a container at 150 ml/hr to induce the growth of hydroxide particles and induce a concentration gradient inside the particles. Next, the reaction was maintained for 36 hours to grow metal-containing hydroxide particles. The resulting metal-containing hydroxide particles were separated, washed with water and dried in an oven at 120°C.

前記で製造した金属含有水酸化物の粒子をリチウム原料物質としてリチウム水酸化物とタングステン酸化物を1:1.07:0.2のモル比で混合した後、300℃で10時間、500℃で10時間、820℃で10時間熱処理した。これにより、pHが高い時に作製された内部結晶は収縮し、pHが低い時に作製された結晶は成長してコアおよびシェルを形成し、コアとシェルとの間に空隙が形成されるとともにコアとシェルとの間に位置する結晶は、三次元網目構造を形成し、コア、シェル、および緩衝層構造を含む正極活物質を製造した。 Using the metal-containing hydroxide particles prepared above as a lithium source material, lithium hydroxide and tungsten oxide were mixed at a molar ratio of 1:1.07:0.2, and then at 300° C. for 10 hours at 500° C. Heat treatment was performed for 10 hours at 820° C. for 10 hours. As a result, the internal crystal produced when the pH is high contracts, the crystal produced when the pH is low grows to form a core and a shell, and a void is formed between the core and the shell and the core and the shell. The crystal located between the shell and the shell formed a three-dimensional network structure to produce a positive electrode active material including a core, a shell, and a buffer layer structure.

[実施例2:正極活物質の製造]
前記実施例1で製造した正極活物質に対して100nmサイズのアルミナ(Al)粒子を1重量%混合し、大気中400℃の温度で5時間熱処理し、表面処理層を形成した。
[Example 2: Production of positive electrode active material]
1% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) particles having a size of 100 nm was mixed with the positive electrode active material manufactured in Example 1 and heat-treated at a temperature of 400° C. for 5 hours in the atmosphere to form a surface treatment layer.

[実施例3:正極活物質の製造]
前記実施例1で製造した正極活物質に対してホウ酸(Samchun Pure Chemicals社製)を0.1重量%混合し、大気中400℃の温度で5時間熱処理し、表面処理層を形成した。
[Example 3: Production of positive electrode active material]
Boric acid (manufactured by Samchun Pure Chemicals Co., Ltd.) was mixed in an amount of 0.1% by weight with respect to the positive electrode active material manufactured in Example 1 and heat-treated in the air at a temperature of 400° C. for 5 hours to form a surface-treated layer.

[比較例1:正極活物質の製造]
60℃に設定された回分式バッチ(batch)型5L反応器にて、硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンを水の中で60:20:20のモル比で混合し、2M濃度の金属塩溶液を準備した。金属塩で満たされている容器は、反応器に入るように連結し、4M NaOH溶液と7%濃度のNHOH水溶液を準備し、それぞれ反応器に連結した。
[Comparative Example 1: Production of positive electrode active material]
In a batch type 5L reactor set at 60° C., nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were mixed in water at a molar ratio of 60:20:20, and a metal salt solution having a concentration of 2M was prepared. Prepared. The container filled with the metal salt was connected so as to enter the reactor, a 4M NaOH solution and a 7% NH 4 OH aqueous solution were prepared, and each container was connected to the reactor.

共沈反応器(容量5L)に脱イオン水3リットルを入れた後、窒素ガスを反応器に2リットル/分の速度でパージし、水の中の溶存酸素を除去し、反応器内を非酸化雰囲気にした。次に、4M NaOHを100ml取り込んだ後、60℃の温度で1200rpmの攪拌速度でpH12.0になるように維持した。 After putting 3 liters of deionized water into the coprecipitation reactor (volume: 5 L), nitrogen gas was purged into the reactor at a rate of 2 liters/minute to remove dissolved oxygen in the water, and The atmosphere was oxidizing. Then, after taking up 100 ml of 4 M NaOH, the pH was maintained at 12.0 at a stirring speed of 1200 rpm at a temperature of 60°C.

次に、前記金属塩溶液を180ml/hr、NaOH水溶液を180ml/hr、NHOH水溶液を10ml/hrの速度でそれぞれ取り込み、36時間反応させてニッケルマンガンコバルト系複合金属水酸化物粒子を形成した。 Next, the metal salt solution was taken in at a rate of 180 ml/hr, the NaOH aqueous solution was taken in at a rate of 180 ml/hr, and the NH 4 OH aqueous solution was taken in at a rate of 10 ml/hr, and reacted for 36 hours to form nickel manganese cobalt-based composite metal hydroxide particles. did.

結果として形成されたニッケルマンガンコバルト系複合金属水酸化物の粒子をリチウム原料物質としてリチウム水酸化物と1:1.07のモル比で混合した後、酸素雰囲気(酸素分圧20%)下で、820℃で10時間熱処理し、正極活物質を製造した。 The resulting nickel-manganese-cobalt-based composite metal hydroxide particles were mixed with lithium hydroxide as a lithium source material at a molar ratio of 1:1.07, and then mixed under an oxygen atmosphere (oxygen partial pressure 20%). Then, heat treatment was performed at 820° C. for 10 hours to manufacture a positive electrode active material.

[製造例:リチウム二次電池の製造]
前記実施例1および比較例1で製造した正極活物質をそれぞれ用いてリチウム二次電池を製造した。
[Production Example: Production of lithium secondary battery]
A lithium secondary battery was manufactured using each of the positive electrode active materials manufactured in Example 1 and Comparative Example 1.

詳細には、前記実施例1および比較例1で製造した正極活物質、カーボンブラック導電材およびPVdFバインダーをN‐メチルピロリドン溶媒の中で重量比95:2.5:2.5の比率で混合し、正極形成用組成物(粘度:5000mPa・s)を製造し、これをアルミニウム集電体に塗布した後、130℃で乾燥してから圧延し、正極を製造した。 Specifically, the positive electrode active material prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the carbon black conductive material, and the PVdF binder were mixed in a N-methylpyrrolidone solvent at a weight ratio of 95:2.5:2.5. Then, a positive electrode-forming composition (viscosity: 5000 mPa·s) was produced, applied to an aluminum current collector, dried at 130° C., and rolled to produce a positive electrode.

また、負極活物質として天然黒鉛、カーボンブラック導電材およびPVdFバインダーをN‐メチルピロリドン溶媒の中で重量比85:10:5の比率で混合して負極形成用組成物を製造し、これを銅集電体に塗布して負極を製造した。 Further, as a negative electrode active material, natural graphite, a carbon black conductive material and a PVdF binder are mixed in a N-methylpyrrolidone solvent at a weight ratio of 85:10:5 to prepare a negative electrode forming composition. The negative electrode was manufactured by coating on a current collector.

前記のように製造された正極と負極との間に多孔性ポリエチレンのセパレータを介在して電極組立体を製造し、前記電極組立体をケースの内部に配置した後、ケースの内部に電解液を注入してリチウム二次電池を製造した。この際、電解液は、エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート(EC/DMC/EMCの混合体積比=3/4/3)からなる有機溶媒に1.0M濃度のヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を溶解させて製造した。 An electrode assembly is manufactured by interposing a porous polyethylene separator between the positive electrode and the negative electrode manufactured as described above, and the electrode assembly is placed inside the case. A lithium secondary battery was manufactured by injection. At this time, the electrolytic solution is a lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) having a concentration of 1.0 M in an organic solvent composed of ethylene carbonate/dimethyl carbonate/ethyl methyl carbonate (mixing volume ratio of EC/DMC/EMC=3/4/3). 6 ) was dissolved and manufactured.

[実験例1:正極活物質の構造観察]
前記実施例1で製造した前駆体に対して電界放射型走査電子顕微鏡(field emission scanning electron microscopy、FE‐SEM)で観察し、その結果からコアおよびシェルの直径と体積、活物質内の比率をそれぞれ計算した。その結果を下記表1に示した。
[Experimental Example 1: Observation of structure of positive electrode active material]
The precursor prepared in Example 1 was observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), and the diameter and volume of the core and shell and the ratio in the active material were observed from the results. Calculated respectively. The results are shown in Table 1 below.

Figure 0006723545
Figure 0006723545

前記実施例1で製造した正極活物質に対してイオンミリング(ion milling)により加工した後、FE‐SEMを用いて正極活物質の断面構造を観察した。その結果を図2に示した。 The cathode active material prepared in Example 1 was processed by ion milling, and then the cross-sectional structure of the cathode active material was observed using FE-SEM. The results are shown in Fig. 2.

断面構造を確認した結果、コアおよびシェル部内に三次元網目構造体を含む緩衝層の形成が認められ、また、シェル内粒子が粒子の中心から表面の方向に結晶配向性を示していることが認められる。また、正極活物質の全粒径は、9.9μmであり、正極活物質の半径4.95μmで、コア部1の厚さ(半径)は1.4μmであり、緩衝層の厚さは1.7μm、シェル2の厚さは1.85μmであった。これより体積比を換算して空隙率を計算したところ、正極活物質内の空隙率は約22体積%であった。 As a result of confirming the cross-sectional structure, formation of a buffer layer containing a three-dimensional network structure in the core and shell was confirmed, and the particles in the shell showed crystal orientation from the center of the particle toward the surface. Is recognized. The total particle size of the positive electrode active material is 9.9 μm, the radius of the positive electrode active material is 4.95 μm, the thickness (radius) of the core portion 1 is 1.4 μm, and the thickness of the buffer layer is 1 μm. The thickness of the shell 2 was 0.7 μm, and the thickness of the shell 2 was 1.85 μm. When the porosity was calculated by converting the volume ratio from this, the porosity in the positive electrode active material was about 22% by volume.

[実験例2:正極活物質内の濃度勾配の分析]
また、前記実施例1で正極活物質に対してEPMAを用いて成分分析を実施した。その結果を下記表2に示した。下記表において、Scan位置は、図2に示されているように、scan 1で順番にしたがってscan 5まで設定した。
[Experimental Example 2: Analysis of concentration gradient in positive electrode active material]
In addition, component analysis was performed on the positive electrode active material in Example 1 using EPMA. The results are shown in Table 2 below. In the table below, the Scan positions were set up from scan 1 to scan 5 according to the order as shown in FIG.

Figure 0006723545
Figure 0006723545

前記表2に示されているように、正極活物質の中心から表面に向かってNiの濃度が減少し、コバルトおよびマンガンの濃度は増加する濃度勾配で含まれていることが認められる。 As shown in Table 2, it is recognized that the concentration of Ni is decreased from the center of the positive electrode active material toward the surface, and the concentrations of cobalt and manganese are included in an increasing concentration gradient.

[実験例3:正極活物質の分析]
前記実施例1〜3、および比較例1で製造した正極活物質に対して、平均粒径、比表面積および圧延密度を測定し、その結果を下記表3に示した。
[Experimental Example 3: Analysis of positive electrode active material]
The average particle size, the specific surface area and the rolling density of the positive electrode active materials produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in Table 3 below.

(1)平均粒径(D50):レーザ回折粒度測定装置(例えば、Microtrac MT 3000)に導入し、約28kHzの超音波を出力60Wで照射した後、測定装置における粒径分布の50%基準での平均粒径(D50)を算出することができる。 (1) Average particle size (D 50 ): introduced into a laser diffraction particle size measuring device (for example, Microtrac MT 3000) and irradiated with ultrasonic waves of about 28 kHz at an output of 60 W, and then 50% standard of particle size distribution in the measuring device. The average particle diameter (D 50 ) can be calculated.

(2)BET比表面積:正極活物質の比表面積は、BET法にしたがって測定したものであり、具体的には、BEL Japan社製、BELSORP‐mino IIを用いて液体窒素温度下(77K)での窒素ガス吸着量から算出することができる。 (2) BET specific surface area: The specific surface area of the positive electrode active material is measured according to the BET method, and specifically, using BELSORP-mino II manufactured by BEL Japan under liquid nitrogen temperature (77K). It can be calculated from the nitrogen gas adsorption amount of.

(3)タップ密度:タップ密度試験装置(tap density tester)を用いてタップ密度を測定した。 (3) Tap density: The tap density was measured using a tap density tester.

(4)Ni無秩序度(Ni disorder)および結晶粒子の平均粒径(crystal size):X線回折(X‐ray Diffraction、XRD)分析装置を用いて測定した。 (4) Ni disorder degree (Ni disorder) and average particle size (crystal size) of crystal grains: Measured using an X-ray diffraction (XRD) analyzer.

Figure 0006723545
Figure 0006723545

本発明に係る実施例1〜3の正極活物質は、その特有の構造によって比較例1と比較して同等水準の平均粒径を有し、且つより増加したBET比表面積と気孔度を示した。ただし、ホウ素含有表面処理層を形成した実施例3の正極活物質の場合、ホウ素成分が活物質の表面に均一に保護膜を形成して表面屈曲を緩和させることで、BET比表面積値が、数値的には実施例1および2に比べ多少減少した結果を示した。また、本発明に係る実施例1〜3の正極活物質は、結晶粒子の面でも比較例1よりも低いNi無秩序度および結晶粒径を示した。 The positive electrode active materials of Examples 1 to 3 according to the present invention had the same level of average particle size as Comparative Example 1 due to their unique structure, and showed increased BET specific surface area and porosity. .. However, in the case of the positive electrode active material of Example 3 in which the boron-containing surface treatment layer was formed, the BET specific surface area value was decreased by the boron component uniformly forming the protective film on the surface of the active material and relaxing the surface bending. Numerically, the result was slightly reduced as compared with Examples 1 and 2. Further, the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 according to the present invention also showed lower Ni disorder and crystal grain size than Comparative Example 1 in terms of crystal grains.

[実験例4:正極活物質の評価]
前記実施例1〜3、および比較例1で製造した正極活物質を用いて製造したコインセル(Li金属の負極使用)を25℃で0.1Cの定電流(CC)4.25Vになるまで充電し、次に、4.25Vの定電圧(CV)で充電し、充電電流が0.05mAhになるまで1回目の充電を行った。次に、20分間放置した後、0.1Cの定電流で3.0Vになるまで放電し、1サイクル目の放電容量を測定した。次に、2Cと放電条件を異ならせて充/放電容量、充放電効率およびレート特性をそれぞれ評価した。その結果を下記表4に示した。
[Experimental Example 4: Evaluation of positive electrode active material]
A coin cell (using a negative electrode of Li metal) manufactured by using the positive electrode active material manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was charged at 25° C. until a constant current (CC) of 4.25 V of 0.1 C was obtained. Then, the battery was charged at a constant voltage (CV) of 4.25V, and the first charging was performed until the charging current reached 0.05 mAh. Next, after leaving it for 20 minutes, it was discharged at a constant current of 0.1 C until it reached 3.0 V, and the discharge capacity at the first cycle was measured. Next, the charging/discharging capacity, charging/discharging efficiency, and rate characteristics were evaluated under different discharge conditions from 2C. The results are shown in Table 4 below.

Figure 0006723545
Figure 0006723545

実験結果、実施例1〜3の正極活物質を含むリチウム二次電池は、比較例1の正極活物質を含むリチウム二次電池と比較して、充放電効率、レート特性および容量特性の面ですべて改善した効果を示した。 As a result of the experiment, the lithium secondary batteries containing the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 were compared with the lithium secondary batteries containing the positive electrode active material of Comparative Example 1 in terms of charge/discharge efficiency, rate characteristics and capacity characteristics. All showed improved effects.

[実験例5:リチウム二次電池の電池特性の評価]
前記実施例1〜3、および比較例1での正極活物質をそれぞれ含むリチウム二次電池に対して、下記のような方法で電池特性を評価した。
[Experimental Example 5: Evaluation of battery characteristics of lithium secondary battery]
The battery characteristics of the lithium secondary batteries containing the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were evaluated by the following methods.

詳細には、前記リチウム二次電池に対して、25℃の温度で2.8V〜4.15V駆動電圧範囲内で1C/2Cの条件で充/放電を800回実施した。 Specifically, the lithium secondary battery was charged/discharged 800 times at a temperature of 25° C. within a driving voltage range of 2.8 V to 4.15 V under a condition of 1 C/2 C.

また、出力特性を評価するために、常温(25℃)で充放電した電池をSOC50%を基準として充電して抵抗を測定し、低温(−30℃)ではSOC50%を基準として電流印加の際に電圧が降下する幅を測定した。 In order to evaluate the output characteristics, a battery charged and discharged at room temperature (25°C) was charged with SOC 50% as a reference and the resistance was measured. At low temperature (-30°C), a current was applied with SOC 50% as a reference. The width of the voltage drop was measured.

その結果として、常温(25℃)および低温(−30℃)での抵抗、また常温での充放電800回実施後の初期容量に対する800サイクル目の放電容量の比率であるサイクル容量維持率(capacity retention)をそれぞれ測定し、下記表5に示した。 As a result, resistance at room temperature (25° C.) and low temperature (−30° C.), and cycle capacity retention rate (capacity), which is the ratio of the discharge capacity at the 800th cycle to the initial capacity after 800 charging/discharging operations at room temperature. Retention) was measured and is shown in Table 5 below.

Figure 0006723545
Figure 0006723545

実験結果、実施例1〜3で製造した正極活物質を用いたリチウム二次電池は、比較例1に比べて、常温および低温での出力特性、またサイクル特性がいずれも優れていることが認められた。 As a result of the experiment, it was confirmed that the lithium secondary batteries using the positive electrode active materials manufactured in Examples 1 to 3 were superior to Comparative Example 1 in output characteristics at room temperature and low temperature, and cycle characteristics. Was given.

Claims (17)

コアと、
前記コアを囲んで位置するシェルと、
前記コアとシェルとの間に位置し、前記コアとシェルを連結する三次元網目構造体および空隙を含む緩衝層とを含み、
前記コア、シェルおよび緩衝層での三次元網目構造体は、それぞれ独立して、下記化学式1のリチウム複合金属酸化物を含み、
前記コアは、1次粒子が凝集された2次粒子であり、
BET比表面積が0.2m/g〜0.5m/gであり、気孔度が30体積%以下であり、平均粒径(D50)が8μm〜15μmであり、
(化学式1)
Li Ni 1−x−y Co M1 M3 M2
前記化学式1中、M1は、AlおよびMnからなる群から選択される少なくともいずれか一つであり、M2は、Zr、Ti、Mg、TaおよびNbからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であり、M3は、W、MoおよびCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素であり、1.0≦a≦1.5、0<x≦0.5、0<y≦0.5、0.0005≦z≦0.03、0≦w≦0.02、0<x+y≦0.7である、二次電池用正極活物質。
With the core,
A shell located around the core,
A buffer layer that is located between the core and the shell and that connects the core and the shell and that includes a three-dimensional network structure and a void.
The three-dimensional network structure including the core, the shell, and the buffer layer independently includes a lithium mixed metal oxide represented by the following Chemical Formula 1 ,
The core is a secondary particle in which primary particles are aggregated,
BET specific surface area of 0.2m 2 /g~0.5m 2 / g, porosity is 30 vol%, an average particle diameter (D 50) Ri 8μm~15μm der,
(Chemical formula 1)
Li a Ni 1-x-y Co x M1 y M3 z M2 w O 2
In Chemical Formula 1, M1 is at least one selected from the group consisting of Al and Mn, and M2 is any one selected from the group consisting of Zr, Ti, Mg, Ta, and Nb, or Two or more elements, M3 is any one or two or more elements selected from the group consisting of W, Mo and Cr, 1.0≦a≦1.5, 0<x≦ A positive electrode active material for a secondary battery , wherein 0.5, 0<y≦0.5, 0.0005≦z≦0.03, 0≦w≦0.02, and 0<x+y≦0.7 .
前記ニッケル、M1およびコバルトの少なくともいずれか一つの金属元素は、前記コア、シェルおよび活物質粒子全体のいずれか一つの領域内で連続して変化する濃度勾配を示す、請求項に記載の二次電池用正極活物質。 Said nickel, M1 and at least one of metal elements of cobalt, the core, shows a concentration gradient continuously changing at any one area of the whole shell, and the active material particles, according to claim 1 two Positive active material for secondary battery. 前記コア内に含まれるニッケルの含有量が、シェル内に含まれるニッケルの含有量よりも多い、請求項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 , wherein the content of nickel contained in the core is higher than the content of nickel contained in the shell. 前記コア内に含まれるコバルトの含有量が、シェル内に含まれるコバルトの含有量よりも少ない、請求項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 , wherein the content of cobalt contained in the core is smaller than the content of cobalt contained in the shell. 前記コア内に含まれるM1の含有量が、シェル内に含まれるM1の含有量よりも少ない、請求項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 , wherein the content of M1 contained in the core is smaller than the content of M1 contained in the shell. 前記ニッケル、コバルトおよびM1は、活物質粒子全体にわたり、それぞれ独立して、連続して変化する濃度勾配を示し、
前記ニッケルの濃度は、活物質粒子の中心から表面の方向に連続した濃度勾配を有して減少し、
前記コバルトおよびM1の濃度は、それぞれ独立して、活物質粒子の中心から表面の方向に連続した濃度勾配を有して増加する、請求項に記載の二次電池用正極活物質。
The nickel, cobalt and M1 each independently show a continuously changing concentration gradient over the entire active material particle,
The concentration of nickel decreases with a continuous concentration gradient from the center of the active material particles toward the surface,
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 , wherein the cobalt and M1 concentrations independently increase with a continuous concentration gradient from the center of the active material particles toward the surface.
前記M1が、マンガン(Mn)である、請求項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 , wherein the M1 is manganese (Mn). 前記正極活物質は、二つ以上の1次結晶粒子が凝集された2次結晶粒子の形態であり、前記1次結晶粒子の平均サイズが60nm〜200nmである多結晶リチウム複合金属酸化物を含む、請求項1に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material is in the form of secondary crystal particles in which two or more primary crystal particles are aggregated, and includes a polycrystalline lithium composite metal oxide having an average size of the primary crystal particles of 60 nm to 200 nm. The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1. 前記シェルは、正極活物質の中心から表面の方向に放射状に成長した結晶配向性のリチウム複合金属酸化物の粒子を含む、請求項1に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1, wherein the shell includes particles of a crystallographically oriented lithium mixed metal oxide radially grown from a center of the positive electrode active material toward a surface thereof. 前記シェルは、下記数学式1にしたがって決定されるシェル領域が0.2〜1未満である、請求項1に記載の二次電池用正極活物質。
(数式1)
シェル領域=(正極活物質の半径−コアの半径−緩衝層の厚さ)/正極活物質の半径
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1, wherein the shell has a shell region determined according to the following mathematical formula 1 of 0.2 to less than 1.
(Formula 1)
Shell region=(radius of positive electrode active material−radius of core−thickness of buffer layer)/radius of positive electrode active material
前記正極活物質の半径に対するコアの半径の比が0超0.4未満であり、前記正極活物質粒子の半径に対する、正極活物質粒子の中心から緩衝層とシェルの界面までの長さの比が0超0.7未満である、請求項1に記載の二次電池用正極活物質。 The ratio of the radius of the core to the radius of the positive electrode active material is more than 0 and less than 0.4, and the ratio of the length from the center of the positive electrode active material particles to the interface between the buffer layer and the shell with respect to the radius of the positive electrode active material particles. Is more than 0 and less than 0.7, the positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1. 前記正極活物質粒子の表面上に、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびジルコニウム(Zr)からなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上のコーティング元素を含む表面処理層を1層以上さらに含む、請求項1に記載の二次電池用正極活物質。 Boron (B), aluminum (Al), titanium (Ti), silicon (Si), tin (Sn), magnesium (Mg), iron (Fe), bismuth (Bi), on the surface of the positive electrode active material particles. The positive electrode for a secondary battery according to claim 1, further comprising at least one surface treatment layer containing one or more coating elements selected from the group consisting of antimony (Sb) and zirconium (Zr). Active material. ニッケル原料物質、コバルト原料物質およびM1原料物質(この際、M1は、AlおよびMnからなる群から選択される少なくともいずれか一つの元素である)を含む金属原料物質の混合物と、アンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を混合し、pH11〜pH13で共沈反応させて、金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物のシードが生成された反応溶液を準備するステップと、
前記反応溶液にアンモニウムカチオン含有錯体形成剤と塩基性化合物を前記反応溶液のpHが8以上11未満になるまで添加し、前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を成長させるステップと、
前記成長した金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子をリチウム原料物質およびM3原料物質(この際、M3は、W、Mo及びCrからなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上の元素である)と混合した後、熱処理するステップとを含み、
前記ニッケル原料物質は、Ni(OH) 、NiO、NiOOH、NiCO ・2Ni(OH) ・4H O、NiC ・2H O、Ni(NO ・6H O、NiSO 、NiSO ・6H O、脂肪酸ニッケル塩、及びニッケルハロゲン化物のうちの一つまたは二つ以上の混合物であり、
前記コバルト原料物質は、Co(OH) 、CoOOH、Co(OCOCH ・4H O、Co(NO ・6H O、及びCo(SO ・7H Oのうちの一つまたは二つ以上の混合物であり、
前記M1原料物質は、Mn 、MnO 、Mn 、MnCO 、Mn(NO 、MnSO 、酢酸マンガン、ジカルボン酸マンガン塩、クエン酸マンガン、脂肪酸マンガン塩、塩化マンガン、AlSO 、AlCl、及びAlNO のうちの一つまたは二つ以上の混合物であり、
前記アンモニウムカチオン含有錯体形成剤は、NH OH、(NH SO 、NH NO 、NH Cl、CH COONH 、及びNH CO のうちの一つまたは二つ以上の混合物である、請求項1に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
A mixture of a metal source material containing a nickel source material, a cobalt source material, and an M1 source material (where M1 is at least one element selected from the group consisting of Al and Mn), and an ammonium cation-containing complex. A step of mixing a forming agent and a basic compound and coprecipitating the mixture at pH 11 to pH 13 to prepare a reaction solution in which a seed of a metal-containing hydroxide or oxyhydroxide is produced;
A step of adding an ammonium cation-containing complex-forming agent and a basic compound to the reaction solution until the pH of the reaction solution becomes 8 or more and less than 11 to grow particles of the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide;
The grown metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles are used as a lithium source material and an M3 source material (wherein M3 is one or more selected from the group consisting of W, Mo and Cr). after mixing of the elements in it), and look at including a step of heat treatment,
The nickel source material is Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 .2Ni(OH) 2 .4H 2 O, NiC 2 O 2 .2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O, NiSO. 4, NiSO 4 · 6H 2 O , fatty nickel salt, and is one or a mixture of two or more of nickel halides,
Said cobalt source material, Co (OH) 2, CoOOH , Co (OCOCH 3) 2 · 4H 2 O, Co (NO 3) 2 · 6H 2 O, and Co (SO 4) of the 2 · 7H 2 O One or a mixture of two or more,
The M1 raw material is Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate, fatty acid manganese chloride, manganese chloride. , AlSO 4 , AlCl, and AlNO 3 or a mixture of two or more thereof,
The ammonium cation-containing complexing agent may be one or more of NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , and NH 4 CO 3 . The method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 , which is a mixture .
前記金属含有水酸化物またはオキシ水酸化物の粒子を成長させるステップは、
ニッケル原料物質、コバルト原料物質およびM1原料物質を含む第1の金属原料物質の混合物に、前記第1の金属原料物質の混合物とは互いに異なる濃度でニッケル、コバルト、M1原料物質を含む第2の金属原料物質の混合物を、混合比率が100体積%:0体積%から0体積%:100体積%まで徐々に変化するように添加するステップを含む、請求項13に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
Growing the metal-containing hydroxide or oxyhydroxide particles comprises:
Nickel raw material, a mixture of the first metal source material containing cobalt raw material and M 1 raw material substance, nickel at different concentrations with a mixture of the first metal source material, cobalt, M 1 raw material substance The secondary method according to claim 13 , further comprising the step of adding a mixture of the second metal source material containing therein such that the mixing ratio gradually changes from 100% by volume to 0% by volume to 0% by volume: 100% by volume. A method for producing a positive electrode active material for a battery.
前記熱処理工程後の結果として製造された正極活物質に対して、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびジルコニウム(Zr)からなる群から選択されるいずれか一つまたは二つ以上のコーティング元素を含む表面処理層を形成するステップをさらに含む、請求項13に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。 Boron (B), aluminum (Al), titanium (Ti), silicon (Si), tin (Sn), magnesium (Mg), iron (Fe) are added to the positive electrode active material manufactured as a result of the heat treatment process. ), bismuth (Bi), further comprising forming a surface treatment layer containing either one or more coating element selected from the group consisting of antimony (Sb) and zirconium (Zr), claim 13 The method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to. 請求項1から12のいずれか1項に記載の正極活物質を含む、二次電池用正極。 Positive electrode active material containing a positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 12. 請求項16に記載の正極を含む、リチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 16 .
JP2018537604A 2016-03-04 2017-03-03 Positive electrode active material for secondary battery, method for producing the same, and secondary battery including the same Active JP6723545B2 (en)

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